Linux 系统内核地址空间329

Linux 操作系统中，内核是一个至关重要的组件，负责管理计算机的硬件和软件资源。内核通过创建一个被称为内核地址空间的虚拟地址空间来运行。这个地址空间与用户进程使用的地址空间是独立的，并且大小通常为 4GB。

内核地址空间结构

Linux 内核地址空间可以大致分为以下区域：
text 段：包含内核代码和常量。
data 段：包含内核变量和全局数据。
BSS 段：包含未初始化的变量。BSS 段在内核启动时设置为全 0。
堆栈区域：用于保存内核函数调用的参数、局部变量和返回地址。
内存映射区域：用于映射物理地址或文件内容到虚拟地址空间。

内核地址空间布局

内核地址空间的具体布局可能因不同的 Linux 内核版本和硬件架构而有所不同。然而，一般而言，布局遵循以下模式：
0x00000000 - 0xffffffff：用户空间地址（仅对于支持 32 位地址的系统）。
0xffffffff80000000 - 0xffffffff800fff00：永久保留区域，用于放置特殊用途的内存映射。
0xffffffff80100000 - 0xffffffff9fffffff：内核维护的内存映射区域。
0xffffffff9fe00000 - 0xffffffff9ff00000：vmalloc() 分配的虚拟内存区域。
0xffffffff9ff00000 - 0xffffffff9fffffff：ioremap() 分配的 I/O 内存区域。
0xffffffffb0000000 - 0xffffffffb0000000：pagetables 页面表区域。
0xffffffffc0000000 - 0xffffffffc0000000：用于内核模块的 kallsyms 符号表。
0xffffffffd0000000 - 0xffffffffd0000000：用于内核安全模块的 ksecuritycheck 符号表。
0xffffffffd0100000 - 0xffffffffd0100000：用于设备树相关的 dtb 符号表。
0xffffffffdc000000 - 0xffffffffdc000000：用于模块数据的 modpost 符号表。
0xfffffffffe000000 - 0xfffffffffe000000：用于内核 slab 分配器的 SLOB 符号表。
0xfffffffffe100000 - 0xfffffffffe100000：用于内核 slab 分配器的 SLUB 符号表。
0xfffffffffe200000 - 0xfffffffffe200000：用于内核页分配器的 PREP 符号表。
0xfffffffffe600000 - 0xfffffffffe600000：用于内核页分配器的 SLUB 符号表。
0xfffffffffe700000 - 0xfffffffffe700000：用于内核页分配器的 SLAB 符号表。

特殊地址空间区域

内核地址空间还包含一些特殊区域，用于特定目的：
<<PAGE_OFFSET>>：用于分离用户空间和内核地址空间。
__va(0)：用于访问物理地址 0。
__end_of_permanent_fixed：标记永久保留区域的末尾。

访问内核地址空间

虽然内核地址空间与用户空间地址空间是独立的，但内核可以通过特殊机制访问用户空间。这些机制包括：
vmsplice()：将用户空间缓冲区的内容 splice 到内核空间中。
copy_from_user()：从用户空间缓冲区中复制数据到内核空间。
copy_to_user()：从内核空间中复制数据到用户空间缓冲区。

理解 Linux 系统内核地址空间的结构和布局对于理解内核如何管理计算机资源至关重要。内核地址空间为内核提供了与用户空间隔离的受保护环境，并且包含用于访问用户空间和执行特殊任务的特殊区域。通过访问内核地址空间，内核可以有效地控制计算机的硬件和软件。

2025-02-06

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