用户态、内核态内存空间

Mon, 14 Jul 2025 15:39:03 +0800

用户态、内核态指内存空间，CPU的各寄存器则是CPU硬件，不属于内存部分，仅在需要存档备份数据时保存至（用户态/内核态）内存
1、进程内核栈
每个进程都有自己独立的位于内核空间的内核栈，保存进程在内核态执行的函数调用栈、局部变量、寄存器状态等数据

linux系统切换进程时会切换

内核栈
将 CPU 的栈指针寄存器 (SP/ESP/RSP, x86架构) 从指向进程 A 的内核栈顶部，修改为指向进程 B 的内核栈顶部
页目录
系统切换进程时找到进程的页目录的物理基地址（mm->pgd指针），写入CR3(x86)/TTBR0(ARM)寄存

2、进程页目录
存储在物理内存中，进程在创建时，系统创建mm_struct结构，用mm->pgd指针保存页目录物理基地址（用来在系统切换进程时找到进程的页目录的物理基地址，写入CR3(x86)/TTBR0(ARM)寄存器，完成进程上下文切换）
页目录包含进程使用的全部内存的虚拟内存地址->物理内存地址的映射关系
3、进程硬件上下文
运行时各寄存器的中间结果、比如PC程序计数器（下一条指令地址）、SP栈指针寄存器（当前调用栈顶）
切换时，这些数据被保存到进程内核栈中

4、线程切换总是发生在同一个进程（同一个虚拟地址空间）内的线程之间。不同进程的线程之间的切换，本质上是通过上层的进程切换完成的
5、切换线程时只切换线程内核栈，同样CPU栈指针寄存器从指向线程A的内核栈顶->B的内核栈顶。因为同属一个进程，所以不切换页目录，也即使用同一虚拟内存空间

6、进程、线程切换都依赖内核调度器，抢占式调度（时间片、中断）
7、协程切换只在用户态通过程序本身调度切换，主动让出，显式让出控制权
8、

进程	线程	协程
切换内核栈、页目录	切换内核栈	仅切换寄存器状态

9、用户态进程与内核态进程全双工通信 -> Netlink Socket

相比传统 IPC (syscall, ioctl, procfs)，Netlink 具有显著优势：易于扩展、异步通信、完美支持内核模块、强大的组播能力、真正的全双工通信、开发者友好的标准 Socket API。

单播回显: 用户请求->内核处理->内核响应的双向通信模式
内核主动组播: 内核主动向多个订阅进程广播事件的能力

netlink属于无连接协议（无连接协议是一种通信协议，其中每个数据包的处理都是独立的，不需要在发送数据之前建立连接）

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用户态、内核态内存空间