用户空间和内核空间

用户空间和内核空间

服务器大多都采用Linux系统，所以主要研究Linux系统。

用户应用如果要使用硬件资源，必须要经过Linux内核，通过内核去与硬件交互。可以看为分为三层 用户层 、 内核层 、 硬件层 。内核是会去使用到CPU、内存等硬件资源的，如果我们对 用户应用 不加以任何的限制，让它也可以随意地去使用硬件资源的话，那么内核空间是感知不到用户空间用了哪些资源，不利于管理，很有可能出现死锁等问题。所以使用硬件资源我们统一放到内核空间来管理，用户空间如果要使用硬件资源也得通过内核来申请使用。所有硬件访问必须经过内核，内核统一分配和管理资源，用户程序只能通过系统调用接口来申请和使用硬件。不然的话，如果用户可以独立访问硬件资源，那么内核就不知道这些信息，不利于硬件资源分配的全局可见性。

所以 用户应用 和 内核 要隔离开，避免硬件使用的冲突：

• 进程的寻址空间会划分为两部分： 内核空间 、 用户空间 。
• 用户空间 只能执行受限的命令（Ring3），而且不能直接调用系统资源，必须通过内核提供的接口来访问。
• 内核空间 可以执行特权命令（Ring0） ，调用一切系统资源。

Linux系统为了提高IO效率，会在用户空间和内核空间都加入缓冲区：

• 写数据时，要把用户缓冲数据从 用户缓冲区 拷贝到 内核缓冲区 ，再写入设备。
• 读数据时，要从设备读取数据到 内核缓冲区 ，然后拷贝到 用户缓冲区 。

举一个例子，用户空间想要读取另外一个服务通过网络传送过来的数据。用户空间缓冲区 会向 内核空间 发起读请求，内核空间会等待网卡的数据准备完成，完成后会把数据 拷贝 到 内核缓冲区 ，然后会将数据从 内核缓冲区 拷贝到 用户缓冲区 。至此，读数据完成。比较耗时的操作就是等待网络IO，网卡数据准备完成和拷贝数据的操作。