linux为啥需要内核栈，系统调用时直接使用用户栈不行吗

Posted 2023-04-06

参考技术A 在空气中喷出 参考技术B 内核栈和用户栈区别：
intel的cpu分为四个运行级别ring0~ring3
内核创建进程，创建进程的同时创建进程控制块，创建进程自己的堆栈
一个进程有两个堆栈，用户栈和系统栈
用户堆栈的空间指向用户地址空间，内核堆栈的空间指向内核地址空间。
有个CPU堆栈指针寄存器，进程运行的状态有用户态和内核态，当进程运行在用户态时。CPU堆栈指针寄存器指向的是用户堆栈地址，使用的是用户堆栈；当进程运行在内核态时，CPU堆栈指针寄存器指向的是内核堆栈地址，使用的是内核堆栈。
堆栈切换
当系统因为系统调用（软中断）或硬件中断，CPU切换到特权工作模式，进程陷入内核态，进程使用的栈也要从用户栈转向系统栈。
从用户态到内核态要两步骤，首先是将用户堆栈地址保存到内核堆栈中，然后将CPU堆栈指针寄存器指向内核堆栈。
当由内核态转向用户态，步骤首先是将内核堆栈中得用户堆栈地址恢复到CPU堆栈指针寄存器中。
内核栈和用户栈区别
1.
栈是系统运行在内核态的时候使用的栈，用户栈是系统运行在用户态时候使用的栈。
当进程由于中断进入内核态时，系统会把一些用户态的数据信息保存到内核栈中，当返回到用户态时，取出内核栈中得信息恢复出来，返回到程序原来执行的地方。
用户栈就是进程在用户空间时创建的栈，比如一般的函数调用，将会用到用户栈。
2.
内核栈是属于操作系统空间的一块固定区域，可以用于保存中断现场、保存操作系统子程序间相互调用的参数、返回值等。
用户栈是属于用户进程空间的一块区域，用户保存用户进程子程序间的相互调用的参数、返回值等。
3.
每个Windows 都有4g的进程空间，系统栈使用进程空间的地段部分，用户栈是高端部分如果用户要直接访问系统栈部分，需要有特殊的方式。
为何要设置两个不同的栈?
共享原因：
内核的代码和数据是为所有的进程共享的，如果不为每一个进程设置对应的内核栈，那么就不能实现不同的进程执行不同的代码。
安全原因：
如果只有一个栈，那么用户就可以修改栈内容来突破内核安全保护。本回答被提问者采纳

用户栈和内核栈

1. 操作系统中，每个进程会有两个栈，一个用户栈，存在于用户空间，一个内核栈，存在于内核空间。

 

2. 当进程在用户空间运行时，cpu堆栈指针寄存器里面的内容是用户堆栈地址，使用用户栈；当进程在内核空间时，cpu堆栈指针寄存器里面的内容是内核栈空间地址，使用内核栈。

 

3. 内核栈是内存中属于操作系统空间的一块区域，其主要用途为：

 

1)保存中断现场，对于嵌套中断，被中断程序的现场信息依次压入系统栈，中断返回时逆序弹出；

2)保存操作系统子程序间相互调用的参数、返回值、返回点以及子程序(函数)的局部变量。

 

4. 用户栈是用户进程空间中的一块区域，用于保存用户进程的子程序间相互调用的参数、返回值、返回点以及子程序(函数)的局部变量。

 

 

PS：那么为什么不直接用一个栈，何必浪费那么多的空间呢？            

1）如果只用系统栈。系统栈一般大小有限，如果中断有16个优先级，那么系统栈一般大小为15（只需保存15个低优先级的中断，另一个高优先级中断处理程序处于运行）。

    但用户程序子程序调用次数可能很多，那样15次子程序调用以后的子程序调用的参数、返回值、返回点以及子程序(函数)的局部变量就不能被保存，用户程序也就无法正常运行了。

 

2）如果只用用户栈。我们知道系统程序需要在某种保护下运行，而用户栈在用户空间（即cpu处于用户态，而cpu处于内核态时是受保护的），不能提供相应的保护措施（或相当困难）。