RAM内存中的段

Question

我对RAM内存中的段感到困惑，请澄清以下疑问：

1. RAM被分为用户空间和内核空间；这种内存划分是由操作系统还是由硬件（CPU）完成的？

2. 内核空间的内容是什么；据我所知，只有内核映像，如果我错了，请纠正我。

3. 代码、数据、堆栈和堆段存在于哪里？

   a) 用户空间和内核空间是否具有单独的代码、数据、堆栈和堆段？

   b) 这些段是由硬件还是操作系统创建的？

4. 我能找到内核空间和用户空间占用的内存量吗？

   a) 有没有Linux命令（或）系统调用可以找到这个信息？

5. 为什么将RAM分成用户空间和内核空间？

   a) 我认为这是为了使内核免受应用程序的影响，是这样吗？这是唯一的原因吗？

我是一个初学者，请推荐一些好书籍、链接以及学习这些概念的方法。

- user2972122

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大多数你的问题都太宽泛了，需要复杂而冗长的答案。我怀疑你的问题会被关闭。多读一些资料/搜索一下吧。 - Martin James

请尽量一次只提出一个问题。我无法选择在这里应该回答哪个问题。 - harper

Answer 1

我接受了挑战，尝试用简短的答案回答：

Execution在用户空间和内核空间中进行。 BIOS和CPU支持操作系统检测和分离资源/地址范围，例如主存储器和设备（->相关问题）以建立受保护模式。在保护模式下，内存通过虚拟地址空间分隔，这些空间被映射为页面（通常是4096字节的块），通过MMU（内存管理单元）将其映射到物理内存的真实地址。

从用户空间，无法直接访问内存（在实模式下），必须通过MMU访问它，MMU充当具有访问保护的透明代理。访问错误称为分段错误、访问冲突、分段违规（SIGSEGV），在高级编程语言（如Java）中用NullPointerException（NPE）抽象化。

阅读有关受保护模式、实模式和“环”的内容。

注意：特殊的CPU（例如嵌入式系统中的CPU）不一定具有MMU，因此可能仅限于像μClinux或FreeRTOS等特殊操作系统。

内核还会分配缓冲区，驱动程序也是如此（例如，磁盘、网络接口和GPU的IO缓冲区）。

一般来说，每个空间和进程/线程都有资源。
a）内核将其自己的受保护堆栈放在用户空间堆栈（每个线程）之上，并且还具有单独的代码（也是“文本”）、数据和堆段。此外，每个进程都有自己的资源。
b）CPU架构具有某些要求（取决于它们提供的支持程度），但最终是软件（用于接口的内核和用户空间库）创建这些结构。

每个合理的操作系统都至少提供一种方法来执行此操作。
a）尝试sudo cat /proc/slabinfo或简单地sudo slabtop

阅读1。
a）主要是这样，就像用户空间进程相互隔离一样，除了特殊技术（例如CMA（跨内存附加））用于新内核中的快速直接访问。

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• 什么会导致C++中的分段错误？

- Sam

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嗨，Sam，感谢你花时间回答我的问题，真的很有帮助。我会继续自学后再来请教你的。 - user2972122

@artless noise：感谢您的评论。我真的应该提到MMU，所以我更新了答案。 - Sam