需要了解linux內(nèi)核空間和用戶空間的基本原理

linux驅(qū)動程序一般工作在內(nèi)核空間，但也可以工作在用戶空間。下面我們將詳細解析，什么是內(nèi)核空間，什么是用戶空間，以及如何判斷他們。

Linux簡化了分段機制，使得虛擬地址與線性地址總是一致，因此，Linux的虛擬地址空間也為0～4G。Linux內(nèi)核將這4G字節(jié)的空間分為兩部分。將最高的1G字節(jié)（從虛擬地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供內(nèi)核使用，稱為“內(nèi)核空間”。而將較低的3G字節(jié)（從虛擬地址 0x00000000到0xBFFFFFFF），供各個進程使用，稱為“用戶空間）。因為每個進程可以通過系統(tǒng)調(diào)用進入內(nèi)核，因此，Linux內(nèi)核由系統(tǒng)內(nèi)的所有進程共享。于是，從具體進程的角度來看，每個進程可以擁有4G字節(jié)的虛擬空間。

? ? Linux使用兩級保護機制：0級供內(nèi)核使用，3級供用戶程序使用。從圖中可以看出（這里無法表示圖），每個進程有各自的私有用戶空間（0～3G），這個空間對系統(tǒng)中的其他進程是不可見的。最高的1GB字節(jié)虛擬內(nèi)核空間則為所有進程以及內(nèi)核所共享。

? 內(nèi)核空間中存放的是內(nèi)核代碼和數(shù)據(jù)，而進程的用戶空間中存放的是用戶程序的代碼和數(shù)據(jù)。不管是內(nèi)核空間還是用戶空間，它們都處于虛擬空間中。?
雖然內(nèi)核空間占據(jù)了每個虛擬空間中的最高1GB字節(jié)，但映射到物理內(nèi)存卻總是從最低地址（0x00000000）開始。對內(nèi)核空間來說，其地址映射是很簡單的線性映射，0xC0000000就是物理地址與線性地址之間的位移量，在Linux代碼中就叫做PAGE_OFFSET。


內(nèi)核空間和用戶空間之間如何進行通訊？?
內(nèi)核空間和用戶空間一般通過系統(tǒng)調(diào)用進行通信。?


如何判斷一個驅(qū)動是用戶模式驅(qū)動還是內(nèi)核模式驅(qū)動？? 判斷的標準是什么？?

用戶空間模式的驅(qū)動一般通過系統(tǒng)調(diào)用來完成對硬件的訪問，如通過系統(tǒng)調(diào)用將驅(qū)動的io空間映射到用戶空間等。因此，主要的判斷依據(jù)就是系統(tǒng)調(diào)用。?
內(nèi)核空間和用戶空間上不同太多了，說不完，比如用戶態(tài)的鏈表和內(nèi)核鏈表不一樣；用戶態(tài)用printf，內(nèi)核態(tài)用printk；用戶態(tài)每個應用程序空間是虛擬的，相對獨立的，內(nèi)核態(tài)中卻不是獨立的，所以編程要非常小心。等等。

還有用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)程序通訊的方法很多，不單單是系統(tǒng)調(diào)用，實際上系統(tǒng)調(diào)用是個不好的選擇，因為需要系統(tǒng)調(diào)用號，這個需要統(tǒng)一分配。?
可以通過ioctl、sysfs、proc等來完成。

內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)

當一個任務(wù)（進程）執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用而陷入內(nèi)核代碼中執(zhí)行時，我們就稱進程處于內(nèi)核運行態(tài)（或簡稱為內(nèi)核態(tài)）。此時處理器處于特權(quán)級最高的（0級）內(nèi)核代碼中執(zhí)行。當進程處于內(nèi)核態(tài)時，執(zhí)行的內(nèi)核代碼會使用當前進程的內(nèi)核棧。每個進程都有自己的內(nèi)核棧。當進程在執(zhí)行用戶自己的代碼時，則稱其處于用戶運行態(tài)（用戶態(tài)）。即此時處理器在特權(quán)級最低的（3級）用戶代碼中運行。當正在執(zhí)行用戶程序而突然被中斷程序中斷時，此時用戶程序也可以象征性地稱為處于進程的內(nèi)核態(tài)。因為中斷處理程序?qū)⑹褂卯斍斑M程的內(nèi)核棧。這與處于內(nèi)核態(tài)的進程的狀態(tài)有些類似。

進程上下文和中斷上下文

處理器總處于以下狀態(tài)中的一種：

1、內(nèi)核態(tài)，運行于進程上下文，內(nèi)核代表進程運行于內(nèi)核空間；

2、內(nèi)核態(tài)，運行于中斷上下文，內(nèi)核代表硬件運行于內(nèi)核空間；

3、用戶態(tài)，運行于用戶空間。

用戶空間的應用程序，通過系統(tǒng)調(diào)用，進入內(nèi)核空間。這個時候用戶空間的進程要傳遞很多變量、參數(shù)的值給內(nèi)核，內(nèi)核態(tài)運行的時候也要保存用戶進程的一些寄存器值、變量等。所謂的“進程上下文”，可以看作是用戶進程傳遞給內(nèi)核的這些參數(shù)以及內(nèi)核要保存的那一整套的變量和寄存器值和當時的環(huán)境等。

硬件通過觸發(fā)信號，導致內(nèi)核調(diào)用中斷處理程序，進入內(nèi)核空間。這個過程中，硬件的一些變量和參數(shù)也要傳遞給內(nèi)核，內(nèi)核通過這些參數(shù)進行中斷處理。所謂的“中斷上下文”，其實也可以看作就是硬件傳遞過來的這些參數(shù)和內(nèi)核需要保存的一些其他環(huán)境（主要是當前被打斷執(zhí)行的進程環(huán)境）。

?