内核栈和用户栈的区别

内核栈和用户栈区别:

intel的cpu分为四个运行级别ring0~ring3

内核创建进程,创建进程的同时创建进程控制块,创建进程自己的堆栈

一个进程有两个堆栈,用户栈和系统栈

用户堆栈的空间指向用户地址空间,内核堆栈的空间指向内核地址空间。

有个CPU堆栈指针寄存器,进程运行的状态有用户态和内核态,当进程运行在用户态时。CPU堆栈指针寄存器指向的是用户堆栈地址,使用的是用户堆栈;当进程运行在内核态时,CPU堆栈指针寄存器指向的是内核堆栈地址,使用的是内核堆栈。

堆栈切换

当系统因为系统调用(软中断)或硬件中断,CPU切换到特权工作模式,进程陷入内核态,进程使用的栈也要从用户栈转向系统栈。

从用户态到内核态要两步骤,首先是将用户堆栈地址保存到内核堆栈中,然后将CPU堆栈指针寄存器指向内核堆栈。

当由内核态转向用户态,步骤首先是将内核堆栈中得用户堆栈地址恢复到CPU堆栈指针寄存器中。

内核栈和用户栈区别

1.

栈是系统运行在内核态的时候使用的栈,用户栈是系统运行在用户态时候使用的栈。

当进程由于中断进入内核态时,系统会把一些用户态的数据信息保存到内核栈中,当返回到用户态时,取出内核栈中得信息恢复出来,返回到程序原来执行的地方。
用户栈就是进程在用户空间时创建的栈,比如一般的函数调用,将会用到用户栈。

2.

内核栈是属于操作系统空间的一块固定区域,可以用于保存中断现场、保存操作系统子程序间相互调用的参数、返回值等。

用户栈是属于用户进程空间的一块区域,用户保存用户进程子程序间的相互调用的参数、返回值等。

3.

每个Windows 都有4g的进程空间,系统栈使用进程空间的地段部分,用户栈是高端部分如果用户要直接访问系统栈部分,需要有特殊的方式。

为何要设置两个不同的栈?

共享原因:

内核的代码和数据是为所有的进程共享的,如果不为每一个进程设置对应的内核栈,那么就不能实现不同的进程执行不同的代码。

安全原因:

如果只有一个栈,那么用户就可以修改栈内容来突破内核安全保护。

 

### ARM架构中内核用户区别及工作机制 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。每当一个进程从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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