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linux驱动程序一般工作在内核空间,但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析,什么是内核空间,什么是用户空间,以及如何判断他们。
Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G.Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供内核使用,称为"内核空间".而将较低的3G字节(从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为"用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。
Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。从图中可以看出(这里无法表示图),每个进程有各自的私有用户空间(0~3G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。
内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。
虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET.
内核空间和用户空间之间如何进行通讯?
内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。
如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动? 判断的标准是什么?
用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问,如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此,主要的判断依据就是系统调用。
内核空间和用户空间上不同太多了,说不完,比如用户态的链表和内核链表不一样;用户态用printf,内核态用printk;用户态每个应用程序空间是虚拟的,相对的,内核态中却不是的,所以编程要非常小心。等等。
还有用户态和内核态程序通讯的方法很多,不单单是系统调用,实际上系统调用是个不好的选择,因为需要系统调用号,这个需要统一分配。
可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。
在进行设备驱动程序,内核功能模块等系统级开发时,通常需要在内核和用户程序之间交换信息。Linux提供了多种方法可以用来完成这些任务。本文总结了各种常用的信息交换方法,并用简单的例子演示这些方法各自的特点及用法。其中有大家非常熟悉的方法,也有特殊条件下方可使用的手段。通过对比明确这些方法,可以加深我们对Linux内核的认识,更重要的是,可以让我们更熟练驾御linux内核级的应用开发技术。
内核空间(kernel-space) VS 用户空间(user-space)
作为一个Linux开发者,首先应该清楚内核空间和用户空间的区别。关于这个话题,已经有很多相关资料,我们在这里简单描述如下:
现代的计算机体系结构中存储管理通常都包含保护机制。提供保护的目的,是要避免系统中的一个任务访问属于另外的或属于操作系统的存储区域。如在IntelX86体系中,就提供了特权级这种保护机制,通过特权级别的区别来*对存储区域的访问。 基于这种构架,Linux操作系统对自身进行了划分:一部分核心软件于普通应用程序,运行在较高的特权级别上,(Linux使用Intel体系的特权级3来运行内核。)它们驻留在被保护的内存空间上,拥有访问硬件设备的所有权限,Linux将此称为内核空间。
相对的,其它部分被作为应用程序在用户空间执行。它们只能看到允许它们使用的部分系统资源,并且不能使用某些特定的系统功能,不能直接访问硬件,不能直接访问内核空间,当然还有其他一些具体的使用*。(Linux使用Intel体系的特权级0来运行用户程序。)