内核栈和用户空间栈

Question

内核栈和用户空间栈

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内核栈和用户栈有什么区别？为什么要使用内核栈？如果在ISR中声明了一个本地变量，它将存储在哪里？每个进程都有自己的内核栈吗？那么进程如何在这两个栈之间协调？

- jkv

3个回答

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我的回答是从其他SO问题中收集的并加入了我的东西。

What's the difference between kernel stack and user stack?

作为内核程序员，您知道内核应该受到错误用户程序的限制。假设您为内核和用户空间保留相同的堆栈，那么用户应用程序中的简单段错误会导致内核崩溃并需要重新启动。

每个CPU都有一个“内核堆栈”，就像ISR堆栈一样，每个进程也有一个“内核堆栈”。虽然每个线程都有自己的堆栈，包括用户和内核线程，但每个进程只有一个“用户堆栈”。

http://linux.derkeiler.com/Mailing-Lists/Kernel/2004-10/3194.html

Why kernel stack is used?

所以当我们在内核模式下时，需要一种类似于用户空间的堆栈机制来处理函数调用和局部变量。

http://www.kernel.org/doc/Documentation/x86/kernel-stacks

If a local variable is declared in an ISR, where it will be stored?

它将存储在ISR堆栈（IRQSTACKSIZE）中。如果硬件支持，ISR将在单独的中断堆栈上运行。否则，ISR堆栈框架将被推入中断线程的堆栈上。

用户空间并不知道，并且实际上也不关心中断是在当前进程的内核堆栈还是单独的ISR堆栈中服务的。由于中断发生在每个CPU上，因此ISR堆栈必须为每个CPU设置。

 Does each process has its own kernel stack ?

是的，每个进程都有自己的内核栈。

 Then how the process coordinates between both these stacks?

我认为@FrankH的回答很棒。

- Jeyaram

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在用户空间堆栈上处理中断也将成为特权升级安全漏洞，因为该内存仍具有用户空间的读写权限。同一进程的其他线程可以在sleep系统调用期间修改该内存，例如，将内核返回地址替换为跳转到某些内核代码的地址，该代码将为该进程设置UID=0。 - Peter Cordes

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参考Robert Love的Linux Kernel Development，主要区别是大小：

用户空间可以在堆栈上静态分配许多变量，包括大型结构和千元素数组。这种行为是合法的，因为用户空间有一个可以动态增长的大型堆栈。内核堆栈既不大也不动态；它很小并且大小固定。内核堆栈的确切大小因架构而异。在x86上，堆栈大小在编译时是可配置的，可以是4KB或8KB。历史上，内核堆栈是两页，通常意味着32位架构上为8KB，64位架构上为16KB-此大小是固定且绝对的。每个进程都有自己的堆栈。

另外，内核堆栈包含指向thread_info结构的指针，该结构持有有关线程的信息。

- arenard

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- FrankH. · Accepted Answer

内核栈和用户栈有什么区别？

简而言之，除了使用不同的内存位置（因此堆栈指针寄存器的值不同）以及通常具有不同的内存访问保护之外，它们没有任何区别。也就是说，在用户模式下执行时，即使映射了内核内存（其中部分为内核栈），也将无法访问内核内存。反之亦然，没有通过内核代码明确请求（在Linux中，通过像copy_from_user()这样的函数），通常无法直接访问用户内存（包括用户堆栈）。

为什么要使用[单独的]内核栈？

特权和安全的分离。首先，用户空间程序可以使它们的堆栈（指针）成为任何它们想要的东西，通常没有必要甚至具有一个有效的堆栈指针的结构要求。因此，内核不能信任用户空间堆栈指针为有效或可用，因此需要一个由自己控制的堆栈。不同的CPU架构以不同的方式实现这一点。x86 CPU 在特权模式切换发生时自动切换堆栈指针，并且要使用不同的特权级别的值是可配置的，只有特权代码（即内核）才能够更改。

如果在ISR中声明了一个局部变量，它将存储在哪里？

在内核栈上。内核（即Linux内核）不会直接挂钩ISR到x86架构的中断门，而是将中断分派委托给通用内核中断入口/出口机制，在调用注册的处理程序之前保存预中断寄存器状态。当CPU分派中断时，可能会执行权限和/或堆栈切换，这由内核使用/设置，以便通用中断入口代码可以依赖于已经存在的内核栈。
话虽如此，当内核代码执行时发生中断时，将继续使用该点处的内核堆栈。如果中断处理程序具有深层嵌套的调用路径，则可能会导致堆栈溢出（如果中断了深度内核调用路径并且处理程序引起另一个深度路径；在Linux中，文件系统/软件RAID代码被具有iptables活动的网络代码中断已知会触发此类问题，对于这些工作负载的解决方案是增加内核堆栈大小）。

4. 每个进程都有自己的内核堆栈吗？不仅每个进程 - 每个线程都有自己的内核堆栈（实际上还有自己的用户堆栈）。请记住，对于Linux来说，进程和线程之间唯一的区别是多个线程可以共享地址空间（形成一个进程）。

5. 进程如何在这两个堆栈之间进行协调？根本不需要进行协调 - 这不是必须的。调度（不同线程何时运行，它们的状态如何保存和恢复）是操作系统的任务，进程无需关心这些。创建线程时（每个进程必须至少有一个线程），内核为它们创建内核堆栈，而用户空间堆栈则由用于创建线程的任何机制显式创建/提供（函数如makecontext（）或pthread_create（）允许调用者指定要用于“子”线程的堆栈的内存区域），或通过继承（通过访问时内存克隆，通常称为“写时复制”/COW，在创建新进程时）。话虽如此，进程可以影响其线程的调度和/或影响上下文（状态，其中包括线程的堆栈指针）。有多种方法：UNIX信号、setcontext（）、pthread_yield（）/pthread_cancel（）等——但这有点偏离最初的问题。