内核堆栈和用户空间堆栈

Question

内核堆栈和用户堆栈有什么区别？为什么要使用内核堆栈？如果在ISR中声明了局部变量，它将存储在哪里？每个进程都有自己的内核堆栈吗？那么，进程如何在这两个堆栈之间进行协调？

Answer 1

1. 内核堆栈和用户堆栈有什么区别？
   
   

简而言之，除了在内存中使用不同的位置（并因此为堆栈指针寄存器使用不同的值）之外，什么也没有，而且通常使用不同的内存访问保护。也就是说，在用户模式下执行时，即使映射了内核内存（其中一部分是内核堆栈）也将不可访问。反之亦然，在没有内核代码明确要求的情况下（在Linux中，通过诸如之类的功能copy_from_user()），通常无法直接访问用户内存（包括用户堆栈）。

1. 为什么使用[单独的]内核堆栈？
   
   

特权与安全性分离。首先，用户空间程序可以使它们的堆栈（指针）成为他们想要的任何东西，并且通常没有架构上的要求就可以拥有一个有效的堆栈。因此，内核不能
信任 用户空间堆栈指针是有效的也不可用，因此将需要一组在其自己的控制之下。不同的CPU架构以不同的方式实现此目的。当发生特权模式切换时，x86
CPU会自动切换堆栈指针，并且可以通过特权代码（即仅内核）配置用于不同特权级别的值。

1. 如果在ISR中声明了局部变量，它将存储在哪里？
   

在内核堆栈上。内核（即Linux内核）不会 将 ISR直接挂钩到x86架构的 中断门
，而是将中断分派委托给通用的内核中断进入/退出机制，该机制可以在调用注册的处理程序之前保存中断前寄存器的状态。
。调度中断时，CPU本身可能会执行特权和/或堆栈切换，并且内核会使用/设置该切换，以便公用中断入口代码已经可以依赖存在的内核堆栈。
就是说，在执行内核代码时发生的中断将简单地（继续）在那时使用内核堆栈。如果中断处理程序具有深层嵌套的调用路径，则可能导致堆栈溢出（如果深层内核调用路径被中断，并且处理程序导致了另一条深层路径；在Linux中，文件系统/软件RAID代码被iptables处于活动状态的网络代码中断了）已知会在未调整的较旧内核中触发此类问题……解决方案是增加此类工作负载的内核堆栈大小）。

1. 每个进程都有自己的内核堆栈吗？
   

不仅仅是每个进程-每个 线程
都有自己的内核堆栈（实际上，也有自己的用户堆栈）。请记住，进程和线程（对于Linux）之间的唯一区别是多个线程可以共享一个地址空间（形成一个进程）。

1. 流程如何在这两个堆栈之间进行协调？
   

完全没有-
不需要。调度（如何/何时运行不同的线程，如何保存和恢复它们的状态）是操作系统的任务，而进程不必为此担心。创建线程时（每个进程必须至少有一个线程），内核会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（函数类似于makecontext()或pthread_create()允许调用者指定要用于“子”线程堆栈的内存区域）或继承（通过按访问内存克隆，在创建新进程时通常称为“写时复制”
/ COW）。
那就是 （状态，其中包括线程的堆栈指针）。 这有多种方式：UNIX信号setcontext()，pthread_yield()/
pthread_cancel()，… -但这disgressing从原来的问题有点。