linux用户栈和内核栈

        进程是正在执行中的程序,每个进程都有自己的堆栈。在进程初始化申请task_structure的时候也会申请堆栈空间,共有两个堆栈,内核堆栈和用户堆栈。内核堆栈指向内核地址空间,用户堆栈指向用户地址空间。当运行在用户态的时候cpu的栈指针指向的是用户堆栈,而当cpu运行在内核态的时候,cpu的栈指针指向的是内核栈。

       其中用户堆栈就是在进程执行中存放变量和函数参数等的堆栈。当进程由于中断或系统调用从用户态转换到内核态时,进程所使用的栈也要从用户栈切换到内核栈。系统调用实质就是通过指令产生中断,称为软中断。进程因为中断(软中断或硬件产生中断),使得CPU切换到特权工作模式,此时进程陷入内核态,进程进入内核态后,首先把用户态的堆栈地址保存在内核堆栈中,然后设置堆栈指针寄存器的地址为内核栈地址,这样就完成了用户栈向内核栈的切换。

      在进程转入内核态之后,执行的代码是内核代码,但执行路径未必相同,导致数据压栈的顺序和内容不同。另外数据不能保存在用户空间,这样容易被覆盖和修改,这时就需要为每个进程专门准备一套内核栈。

      当中断执行完成时,会将内核态执行的结果返回给用户态(例如系统调用),然后健用户堆栈的地址返回给堆栈指针寄存器。

### Linux 用户内核的大小 在 Linux 系统中,用户内核的设计是为了支持进程在不同状态下的执行需求。以下是关于它们大小的具体说明: #### 用户的大小 用户堆栈区域位于用户空间内存范围内,具体来说,在 32 位系统上,用户空间占据最低的 3GB 虚拟地址范围(从 `0x00000000` 到 `0xBFFFFFFF`)。用户的实际大小可以通过编译时参数或者运行时调整来设置,默认情况下,Linux 的线程库会分配大约 **8MB** 的空间给每个线程或进程[^3]。 然而需要注意的是,这个值并非固定不变,而是可以动态配置。例如,通过 ulimit 命令能够查看当前系统的默认大小限制: ```bash ulimit -s ``` 此命令返回的结果通常是单位为 KB 的数值,比如常见的输出可能是 `8192` 表示每条线程拥有最大约 8 MB 的容量。 #### 内核的大小 对于内核而言,它的设计更加紧凑以节省宝贵的资源。在 ARM 架构下,每一个任务都关联着一个固定的内核区段用于存储当切换至核心模式期间所需的数据结构以及临时变量等内容。依据所引用资料得知,这种特定架构上的内核尺寸设定为了恒定的 **8KB**, 并且按照 \(2^{13}\) 字节边界对齐处理以便硬件访问效率最大化[^2]。 值得注意的一点是尽管这里讨论基于ARM平台情况,但在其他主流处理器体系如X86_64之上同样存在类似的机制只是具体的实现细节可能会有所差异;譬如 X86_64 上一般也会维持较小规模 (典型值也是数K级别),但确切数字取决于版本与选项等因素影响。 综上所述,在标准条件下,Linux 中典型的用户大小约为 8MB 左右,而内核则保持在一个更小得多的数量级——通常只有几个 KB 大小,像 ARM 下就是明确指出过的 8KB 容量。 ```python # 示例 Python 代码展示如何查询当前 shell session 的 stack size limit import subprocess def get_stack_size_limit(): result = subprocess.run(['ulimit', '-s'], stdout=subprocess.PIPE) return int(result.stdout.strip()) current_stack_size_kb = get_stack_size_limit() print(f"Current user stack size limit is {current_stack_size_kb} KB.") ```
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