2025年内核访问用户空间虚拟地址（2025年用户空间访问内核空间）
Linux用户进程、内核线程、用户级线程、内核级线程的总结
用户级线程：在用户态运行，由用户程序管理调度（如协程），切换无需内核介入，开销小，但阻塞会导致整个进程阻塞。内核级线程：在内核态运行，由操作系统调度器管理，拥有独立页表。用户级线程进入内核后转为内核级线程。
线程的实现方式分为用户级线程和内核级线程。用户级线程在用户程序中实现，无需内核支持，而内核级线程由操作系统内核创建和撤销。用户级线程依赖于用户程序中的线程库进行创建、同步、调度和管理，无需用户态/核心态切换，执行速度快，但操作系统内核对其不知情，因此一个线程阻塞将导致整个进程阻塞。
用户线程：程序实体运行在用户态。内核线程：程序实体可以在任何状态下运行，通常运行在内核态。
.内核级线程：切换由内核控制，当线程进行切换的时候，由用户态转化为内核态。切换完毕要从内核态返回用户态；可以很好的利用smp，即利用多核cpu。windows线程就是这样的。
进程与线程进程是应用程序的运行实例，线程是进程内的执行单元。线程是CPU调度的最小单位，一个进程至少包含一个主线程，可创建多个子线程并行或并发执行任务。并行与并发 并行：多核CPU下，多个线程同时执行（物理时间重叠）。并发：单核CPU下，通过时间片切换使多个线程交替执行（逻辑时间重叠）。
线程（Thread）：进程内部的轻量级执行单元，共享进程的地址空间和资源。Linux中的线程由clone（）系统调用创建，底层仍为task_struct实例，因此本质上线程也是一种特殊的进程（轻量进程）。协程（Coroutine）：用户态调度的轻量级线程，由语言运行时或库控制，其调度不依赖内核而是在用户空间完成。
什么是linux内核态、用户态?内核态与用户态是什么意思?
内核态：当进程运行在内核空间时就处于内核态。内核态是操作系统内核运行的状态，具有最高的权限级别。在内核态下，CPU可以执行任何指令，包括特权指令，且可以自由地访问任何有效的内存地址，包括物理内存和所有进程的虚拟内存。此外，内核态还可以直接进行端口的访问和硬件设备的控制。
用户态和内核态是操作系统的两个运行级别，它们代表了CPU当前执行指令的权限等级。定义与概念 用户态：用户态是操作系统中用户进程的运行级别。在用户态下，进程只能执行用户级别的指令，这些指令通常不会直接访问硬件资源或执行高风险操作。用户态下的进程通过系统调用接口（API）与操作系统内核进行交互。
在用户态下，进程只能访问映射到其地址空间的页面的虚拟地址，且仅能对任务状态段（TSS）中规定的I/O许可位图中的可访问端口进行直接访问。而在内核态下，进程可以在内核地址空间中自由地执行任何指令，不受任何限制。Linux通过将操作系统代码与用户代码隔离，提高了系统的稳定性与可用性。
用户态和内核态是Linux操作系统体系架构中的两个重要组成部分。它们各自承担着不同的职责和权限，并通过系统调用接口进行交互。了解用户态和内核态的概念及其交互原理，有助于深入理解操作系统的底层机制和工作原理。同时，也有助于优化系统性能和提高系统的稳定性。
用户态和内核态是操作系统中两种不同的运行模式，它们分别代表着程序执行时的不同权限级别。用户态（User Mode）用户态是权限受限的运行模式。在此模式下，程序无法直接访问硬件或执行特权指令，如修改内存保护位、操作I/O设备等。
详解linux内核空间和用户空间详解
内核空间映射到物理内存从最低地址（0x00000000）开始，是简单的线性映射。0xC0000000是物理地址与线性地址之间的位移量，在Linux代码中称为PAGE_OFFSET。通讯方式 内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。用户空间模式的驱动通常通过系统调用来访问硬件，如将驱动的IO空间映射到用户空间。
在 Linux 操作系统中，整个系统被划分为两个主要区域：用户区（User Space）和内核区（Kernel Space）。这种结构设计并非随机，而是基于对安全性、稳定性和资源控制等多个方面的深度思考。用户区与内核区的定义 用户区：用户区是用户进程运行的空间，包含了用户程序的数据、代码以及用户进程所需的资源。
Linux体系结构Linux体系结构从宏观上可分为用户空间（User Space）和内核空间（Kernel Space），两者通过明确的边界隔离，共同构成完整的操作系统环境。用户空间 组成：包含C标准库（如glibc）、用户应用程序及Shell（部分体系结构图中明确标注）。
Linux操作系统将4GB的虚拟地址空间划分为用户空间和内核空间两部分。 在Linux早期内核版本（如0.X系列）中，通常将0至3GB的地址范围分配给用户空间，而3GB至4GB的地址范围则保留给内核空间。 这个分界点是可配置的，不是固定不变的。
include/：内核头文件，提供给外部模块（如用户空间代码）使用。kernel/：Linux内核的核心代码，包括进程调度子系统及相关模块。mm/：内存管理子系统。fs/：虚拟文件系统子系统。net/：不包括网络设备驱动的网络子系统。ipc/：进程间通信子系统。arch//：体系结构相关的代码，如arm、x86等。
xBFFFFFFF），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内核空间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字节的虚拟地址空间（也叫虚拟内存）.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。
什么是用户态和内核态?
用户态和内核态是操作系统中两种不同的运行模式，它们分别代表着程序执行时的不同权限级别。用户态（User Mode）用户态是权限受限的运行模式。在此模式下，程序无法直接访问硬件或执行特权指令，如修改内存保护位、操作I/O设备等。应用程序和用户级库函数（如文本编辑器、浏览器等）通常在此模式下运行。
用户态和内核态是操作系统的两个运行级别，它们代表了CPU当前执行指令的权限等级。定义与概念 用户态：用户态是操作系统中用户进程的运行级别。在用户态下，进程只能执行用户级别的指令，这些指令通常不会直接访问硬件资源或执行高风险操作。用户态下的进程通过系统调用接口（API）与操作系统内核进行交互。
用户态：除了内核态以外的状态，均称为用户态。用户程序通常运行在用户态，执行非特权指令。用户态下的程序不能直接访问硬件资源或执行特权指令，必须通过系统调用请求操作系统内核的服务。内核态与用户态的指令集 特权指令：只能由操作系统内核部分使用，不允许用户直接使用的指令。
用户态：是程序在普通操作环境下运行的状态，代表着较低权限级别的指令执行环境。用户态下的程序无法直接访问硬件资源或执行一些高风险操作。内核态：是程序在操作系统核心部分运行的状态，代表着较高权限级别的指令执行环境。内核态下的程序可以访问所有硬件资源，执行底层操作，如内存管理、设备驱动等。
内核态是操作系统内核运行的状态，具有最高权限，可以执行任何指令并访问任何内存地址。用户态是用户进程运行的状态，权限较低，只能访问用户空间中的虚拟地址，且不能执行特权指令。区分内核态和用户态的目的是提高操作系统的稳定性和安全性，防止用户进程对系统造成破坏。
用户态和内核态是操作系统中的两种重要运行模式，它们之间的主要区别在于执行的特权级别、可访问的资源以及运行代码的性质。特权级别 用户态：在用户态下运行的程序具有较低的特权级别。这意味着它们只能执行非特权指令，并且受到操作系统的严格限制。
arm64用户层和内核层支持的虚拟地址空间
1、arm64架构在用户层和内核层都支持的虚拟地址空间是64位。以下是关于arm64架构虚拟地址空间的详细解释：64位地址空间：arm64架构作为一种64位处理器架构，无论是用户层还是内核层，都支持64位的虚拟地址空间。这意味着用户程序和内核都可以使用64位的虚拟地址来访问内存。
2、Linux ARM64进程的虚拟内存分布主要分为用户空间和内核空间两部分。用户空间：地址范围：用户空间位于0x0000_0000_0000_0000 ~ 0x0000_FFFF_FFFF_FFFF（256TB）。用途：用户空间主要用于存储用户进程的数据和代码。这是用户进程在运行时所使用的内存区域，包括程序的代码段、数据段、堆、栈等。
3、在32位机器上，总共有4G虚拟地址空间，其中0-3G给应用程序使用，3-4G则为内核保留。而在64位机器上，地址宽度通常为39位（512GB）或48位（256TB），在ARM64架构下，用户空间和内核空间各占512GB。接下来，我们将通过简单的实验，直观地理解VMA的运行机制。
4、ARM64架构采用了48位虚拟地址空间（尽管最大支持52位，但主流实现为48位）。在这个架构下，虚拟地址空间被划分为两部分：用户空间和内核空间。用户空间的寻址范围从0x0000_0000_0000_0000开始，到0x0000_FFFF_FFFF_FFFF结束。这个范围覆盖了从0到2^48-1的所有地址，即256TB（太字节）的内存空间。
5、ARMv8架构特色 ARMv8架构作为ARM64的基础，具有以下几个显著特色：超大物理地址空间：提供超过4GB物理地址的访问能力，这对于现代高性能计算和大型数据库应用至关重要。64位宽的虚拟地址空间：支持更大的虚拟内存空间，有助于提升系统的多任务处理能力和安全性。
6、因此，ARMv8选择支持最大2^48虚拟地址的寻址范围，与x86类似。分页表：在ARMv8 64位架构下，通过EL1的TTBR0和TTBR1分别存储用户空间和内核空间的分页表。根据分页大小和32/64位进程，会有不同的存储空间配置。TASK_SIZE_64：通过设定TASK_SIZE_64来划分用户空间和内核空间的大小。
为什么要划分为用户空间和内核空间?
Linux操作系统将4GB的虚拟地址空间划分为用户空间和内核空间两部分。 在Linux早期内核版本（如0.X系列）中，通常将0至3GB的地址范围分配给用户空间，而3GB至4GB的地址范围则保留给内核空间。 这个分界点是可配置的，不是固定不变的。
内存划分为用户空间与内核空间的原因：用户空间和内核空间置于这种非对称访问机制下有很好的安全性，能有效抵御恶意用户的窥探，也能防止质量低劣的用户程序的侵害，从而使系统运行得更稳定可靠。用户空间与内核空间的权限不同，内核空间拥有所有硬件设备的权限，用户空间只有普通硬件的权限。
Linux将4G的地址划分为用户空间和内核空间两部分。在Linux内核的低版本中（0.X），通常0-3G为用户空间，3G-4G为内核空间。这个分界点是可以可以改动的。\x0d\x0a正是这个分界点的存在，限制了Linux可用的最大内存为2G.而且要通过重编内核，调整这个分界点才能达到。
xBFFFFFFF），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内核空间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字节的虚拟地址空间（也叫虚拟内存）.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。
区分用户栈和内核栈是为了确保系统安全和稳定运行，避免用户态数据被内核态操作污染或误用。以下是详细解释：用户栈与内核栈的基本概念用户栈：在用户态下，进程所使用的栈空间被称为用户栈。用户栈主要用于存储用户态下的函数调用、局部变量等。