进程的内核栈、用户栈

今天在看Coursera的时候看到了用户栈,困惑不解,就从网上收集了一些资料,做一个总结。

1.进程的堆栈

内核在创建进程时,会为其创建相应的堆栈,分别是用户栈和内核栈

用户栈:存在于用户空间

内核栈:存在于内核空间

当进程在用户空间运行时,CPU堆栈指针寄存器里面的内容是用户堆栈的地址,当前为使用用户栈。

当进程在内核空间运行时,CPU堆栈指针寄存器里面的内容是内核栈空间地址,当前为使用内核栈。

2.用户栈与内核栈之间的切换

进程可以通过中断或者系统调用而陷入内核中,进程所使用的堆栈也要从用户栈转到内核栈。

当进程陷入内核态以后,先把用户堆栈的地址保存在内核栈之中,通过设置堆栈指针寄存器的内容(将它指向内核栈的地址方可)来完成从用户栈到内核栈的转换;

当进程从内核态转换到用户态时,在内核栈中的用户栈的地址恢复到堆栈指针寄存器即可。

通过上述的操作,便实现了操作系统中的进程之间的内核态与用户态的转换。

 

最后,我还有一点想要强调的就是

进程从用户态转换到内核态时,内核栈总是空的!这是因为一旦进程从内核态返回到用户态以后,内核栈的信息就会失效,会被全部的恢复,所以每次进程从用户态陷入内核态的时候得到的内核栈都是空的。这样以来,在陷入内核态的过程中,我们可以通过把内核栈的栈顶指针给堆栈指针寄存器就可以了。

 

By 一枝猪

转载于:https://www.cnblogs.com/chunzhulovefeiyue/p/6591274.html

### ARM架构中内核用户的区别及工作机制 在ARM架构中,内核用户操作系统管理内存任务执行的重要组成部分。它们各自服务于不同的目的,并在不同的特权级别下运行。 #### 内核 内核操作系统内核的一部分,用于存储内核级别的函数调用信息。每当一个进程用户模式切换到内核模式时(例如,通过系统调用或中断),当前的上下文会被保存到内核中。这样可以确保当处理完内核模式下的操作后,能够正确地恢复到用户模式并继续执行原来的程序。 - 内核通常位于内核空间的高地址区域,以防止与用户空间的数据发生冲突。 - 每个进程都有自己的内核,其大小一般固定,由内核配置决定。 - 内核的管理由操作系统负责,用户程序无法直接访问或修改它。 #### 用户 用户则是每个用户进程私有的空间,用于存储用户程序中的函数调用信息。它随着用户程序的执行动态增长缩小。 - 用户位于用户空间的低地址区域,靠近程序代码数据段。 - 用户的大小可以根据需要动态调整,通常受限于系统的资源限制。 - 用户的增长方向通常是向低地址方向进行的,而内核则可能向高地址方向增长。 #### 工作机制 在ARM架构中,的工作机制涉及到处理器模式特权级别的切换。ARM处理器支持多种工作模式,包括用户模式、快速中断模式、外部中断模式、管理模式、数据访问终止模式、未定义指令中止模式以及系统模式等。 - 当用户程序执行系统调用或者遇到异常时,处理器会切换到相应的特权模式,并自动保存当前的状态到对应的内核中。 - 一旦进入内核模式,所有的操作都将使用内核来进行函数调用局部变量的分配。 - 完成内核模式下的处理后,通过恢复之前保存的状态,处理器返回到用户模式,并继续使用用户执行用户程序。 为了保证安全性稳定性,操作系统会对用户内核之间的转换进行严格的控制。例如,在Linux内核中,当进程执行系统调用时,会触发软中断,导致处理器切换到管理模式,并跳转到特定的处理例程,此时处理器会自动保存当前的寄存器状态到内核中[^2]。 ```assembly ; 示例伪代码展示系统调用进入内核的过程 ; 当用户程序执行svc指令时,处理器切换到管理模式 ; 并跳转到向量表中的SVC处理入口 SVC_Handler: ; 保存现场 mrs r0, spsr stmfd sp!, {r0-r12, lr} ; 调用具体的系统调用处理函数 bl do_svc ; 恢复现场 ldmfd sp!, {r0-r12, pc}^ ``` 这段伪代码展示了当用户程序执行`svc`指令时,如何进入内核模式并处理系统调用。可以看到,处理器会自动保存寄存器状态到内核中,然后调用处理函数,最后恢复现场并返回用户模式。 #### 总结 内核用户在ARM架构中扮演着不同的角色,分别服务于内核模式用户模式下的函数调用需求。它们之间的转换机制确保了系统的稳定性安全性,同时也支持了高效的上下文切换异常处理。
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