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已经被划分为用户空间和内核空间；这个内存划分是由O/S完成还是由H/W（CPU）完成。

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. 这段代码、数据、堆栈和堆段在哪里存在？

   a) 用户和内核空间是否有单独的代码、数据、堆栈和堆段？

   b) 该段是由 H/W 还是 (O/S) 创建的。

4. 我可以找到内核空间和用户空间占用的内存量吗？

   a) 是否有任何 Linux 命令（或）系统调用可以找到它？

5. 为什么RAM被划分为用户空间和内核空间？

   a) 我认为这样做是为了保护内核免受应用程序的攻击，是吗？这是唯一的原因。

我是初学者，所以请给我推荐一些好书、链接和处理这些概念的方法。

Answer 1

我接受了挑战并尝试了相当简短的答案：

1. 执行发生在用户和内核空间。BIOS 和 CPU 支持操作系统检测和分离资源/地址范围，例如主内存和设备（->相关问题）以建立保护模式。在保护模式下，内存通过虚拟地址空间分隔，虚拟地址空间通过MMU（内存管理单元）按页面（通常为 4096 字节的块）映射到物理内存的真实地址。
   
   从用户空间，不能直接访问内存（在实模式下），必须通过 MMU 访问它，MMU 就像一个具有访问保护的透明代理。访问错误被称为分段错误、访问冲突、分段冲突 (SIGSEGV)，在 Java 等高级编程语言中使用 NullPointerException (NPE) 进行抽象。
   
   阅读有关保护模式、实模式和“环”的信息。
   
   注意：特殊 CPU，例如嵌入式系统，不一定有 MMU，因此可能仅限于特殊操作系统，例如µClinux或FreeRTOS。
   
   
2. 内核也会分配缓冲区，驱动程序也是如此（例如，用于磁盘、网络接口和 GPU 的 IO 缓冲区）。
   
   
3. 通常，资源存在于每个空间和进程/线程
   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）的顶部，并且还有单独的代码（也是“文本”）、数据和堆段。此外，每个进程都有自己的资源。
   b) CPU 架构有一定的要求（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）创建了这些结构。
   
   
4. 每个合理的操作系统都至少提供了一种方法来做到这一点。
   a)尝试sudo cat /proc/slabinfo或干脆sudo slabtop
   
   
5. 阅读 1.
   a)主要是，就像用户空间进程彼此隔离一样，除了特殊技术，如CMA（跨内存连接）用于在较新的内核中快速直接访问。

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