linux进程的地址空间，核心栈，用户栈，内核线程

linux进程的地址空间，核心栈，用户栈，内核线程

地址空间:

32位linux系统上，进程的地址空间为4G，包括1G的内核地址空间，和3G的用户地址空间。

内核栈:

进程控制块task_struct中保存了2个page大小的信息。

为什么每一个进程都是用各自的内核栈呢？

引用（http://hi.baidu.com/iruler/blog/item/0c3363f377ccc5c90a46e023.html）“

假设某个进程通过系统调用运行在内核态（使用这个全局内核堆栈），此时如果被抢占，发生一次切换，另一个进程开始运行，如果这个当前进程又通过系统调用陷入内核，那么这个进程也将使用这个全局内核堆栈，这样的话就把以前那个进程的内核空间堆栈给破坏了。
而如果进程使用独立的内核栈，就避免了这种情况的发生

内核线程:

拥有自己独立内核栈的调度单元，可以参与调度，在内核空间执行。

用户栈:

每一个线程有一个用户栈，由ss和esp指向。

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进程1                                进程2

内核代码区      kcode (0xc0001000)        
 kcode (0xc0001000)

内核栈区          kstack(0xc000F000)          kstack(0xc001F000)

内核栈区          kstack(0xc000D000)          kstack(0xc001D000)

...

内核数据区      kdata  (0xc0003000)          kdata  (0xc0003000)

---------------------------------------------------------------------------------------------

用户代码区      ucode  (0x70001000)        ucode (0x70001000)

用户栈区          ustack (0x7000F000)        ustack (0x7000F000)

用户栈区          ustack (0x7000D000)        ustack (0x7000D000)

...

用户数据区      udata   (0x70003000)        udata  (0x70003000)

===================================================

合理的解释：

内核1G空间的映射页表（256个entries*4M）只有一份，n个进程共享（都复制了一份在自己的进程页表内, 256个内核的entries+768个用户空间的entries, 总共1024个entries，假定使用4M页面，并且一开始就全都分配好）。

每个进程用户空间的这些entries各不相同，比如说，同样的0x70001000虚拟地址, 进程1指向物理内存0x2000, 而进程2指向0x1000。

每个线程对应的内核栈的虚拟地址不重叠。

thread1's kernel stack  = 0f000,

thread2's
kernel stack  = 0d000,

thread3's
kernel stack  = 1f000,

thread4's
kernel stack  = 1d000

...

思考1：

如果内核栈不是预先分配好的(分
配的意思是指"在内核空间中分出一段一段不重叠空间作为各个线程的栈", e.g. kmalloc调用)，那么步入内核态的时候,
压栈，发生缺页异常，必须对内核栈占用的这个页进行换页，而换页历程的调用必然涉及参数的压栈出栈，而这个时候内核栈没有就绪，异常发生嵌套，系统出错!

思考2：

在内核里面做kmalloc是可以的，添加一个entries，关联一块物理内存，ok可以用了。

思考3：

如果希望进程共享某一个虚拟内存地址0x80001000的数据, 那么在需要共享的进程p1，p2的页表中添加1个entries(0x80001000->0x3000)。

另外内核是天然的共享对象，所以才在每一个进程中页表中设置内核空间页表的一份拷贝。

如果有个家伙特立独行，创建n个关于内核空间的页表，指向n个物理内存块，那么他就需要再在这n个物理内存中"铺设"n分内核代码和数据的副本(真是自找麻烦)。

思考4：

内核栈确实不适合共享（一个特殊的内存区域）。怎么办？像用户空间栈一样固定在某一个虚拟地址，安插页表项entries指向不同的物理内存？显然不行! 只有一个办法，在内核空间内分配n个不重叠的空间出来。

思考5：

内核步入的时候最初的“内核栈”并不是真正的内核栈，这个栈是全局的，每个cpu一个，是过渡到真正的内核栈使用的。(http://bbs.pediy.com/archive/index.php?t-87518.html)

思考6：

独立内核栈的场景, at first 我们分析一下如果共用一个内核栈会出现什么情况，假设有A、B三个进程，A调用系统调用read(1,...)读按键，此时正好又没有按键，
所以A被阻塞在内核，此时内核调度B执行，此时B也调用一个系统调用被阻塞了，而此时按键事件到来，进程A被唤醒，A继续执行。我们想想B进入内核
已经破坏了A进入内核的内核栈，那此时A能正常返回吗？所以从上面分析A、B肯定是拥有各自的内核栈。此内核栈好像是和task_struct以前分配的
一共分配了3个页面，除了task_struct占得内存外，其余的就是内核栈。而在x86上这个栈等指针保存在TSS断的SS0和Esp0中。(http://bbs.chinaunix.net/thread-1930753-1-1.html)

参考资料：

1, 内核栈的使用(http://tech.ddvip.com/2008-09/122095404362368.html)