系统进程与用户进程、内核控制路径和内核线程的区别

Question

我的理解是

• 一个进程总是在用户模式下运行并且只使用用户空间，并且
• 内核总是以内核模式运行并且只使用内核空间。

但是看了下面两本书，我觉得我可能不太对。如果我错了，你能纠正我吗？

1. 在 Maurer 的 Linux Kernel Architecture 中，“系统进程”和“用户进程”这两个术语是没有定义的，例如，在将虚拟地址空间划分为内核空间和用户空间时：

   系统中的每个用户进程都有自己的虚拟地址范围，从 0 到 TASK_SIZE 。上面的区域（从 TASK_SIZE 到 2 32 或 2 64 ）专为内核保留——用户进程不能访问。TASK_SIZE 是特定于体系结构的常量，它以给定的比率划分地址空间——例如，在 IA-32 系统中，地址空间以 3 GiB 划分，因此每个进程的虚拟地址空间为 3 GiB；1 GiB 可供内核使用，因为虚拟地址空间的总大小为 4 GiB。尽管实际数字因架构而异，但一般概念不会。因此，我将在进一步讨论中使用这些样本值。

   这种划分不取决于有多少可用的 RAM。由于地址空间虚拟化，每个用户进程都认为它有 3 GiB 的内存。各个系统进程的用户空间彼此完全分离。虚拟地址空间顶端的内核空间始终相同，与当前正在执行的进程无关。

   ... 内核将虚拟地址空间分为两部分，以便能够相互保护各个 系统进程。

   您可以通过在书中搜索“用户进程”或“系统进程”来阅读更多示例。

   用户进程和系统进程都是进程，而不是内核？

   他们的定义是什么？它们是否因所有者（普通用户或根用户？）、启动它们的用户或其他原因而异？

   为什么这本书明确地写了“系统进程”或“用户进程”，而不仅仅是“进程”来涵盖这两种“进程”，例如，在上面的引用中？我猜它所说的“用户进程”也适用于“系统进程”，它所说的“系统进程”也适用于“用户进程”。

2. 在播威的《Understanding Linux Kernel》一书中，有“内核控制路径”和“内核线程”两个概念。

   内核控制路径表示内核为处理系统调用、异常或中断而执行的指令序列。

   ... 传统的 Unix 系统将一些关键任务委托给间歇运行的进程，包括刷新磁盘缓存、换出未使用的页面、服务网络连接等。实际上，以严格的线性方式执行这些任务效率不高。如果在后台调度它们的功能和最终用户进程，它们都会得到更好的响应。因为一些 系统进程只在内核模式下运行，现代操作系统将它们的功能委托给内核线程，内核线程不会受到不必要的用户模式上下文的影响。在 Linux 中，内核线程在以下方面与常规进程不同：

   • 内核线程仅在内核模式下运行，而常规进程在内核模式和用户模式下交替运行。

   • 因为内核线程只在内核模式下运行，所以它们只使用大于 PAGE_OFFSET 的线性地址。另一方面，常规进程在用户模式或内核模式下使用所有 4 GB 的线性地址。

   您可以通过在Google 图书 中搜索来阅读更多内容。

   Maurer 的书中和 Bovet 的书中的“系统过程”是同一个概念吗？

   两本书中提到的“系统进程”可以在用户空间、内核空间或两者中运行吗？

   “系统进程”与内核控制路径和内核线程不同吗？

Answer 1

问：用户进程和内核进程都是进程，而不是内核？

我不确定是否有一个正确的答案，但我会尝试一下。
引用《操作系统设计与实现》（A. Tanenbaum），第 3 版，第 2.1 章说：

2.1. 流程简介

所有现代计算机都可以同时做几件事。在运行用户程序时，计算机还可以从磁盘读取数据并将文本输出到屏幕或打印机。在多道程序设计系统中，CPU 还会从一个程序切换到另一个程序，每个程序运行数十或数百毫秒。虽然严格来说，在任何一个时刻，CPU只运行一个程序，但在1秒的时间内，它可能同时运行多个程序，从而给用户一种并行的错觉。有时人们在这种情况下谈论伪并行，以将其与多处理器系统的真正硬件并行（具有两个或更多 CPU 共享相同的物理内存）进行对比。人们很难跟踪多个并行的活动。因此，操作系统设计者多年来已经发展了一种概念模型（顺序进程），使并行性更容易处理。该模型、它的用途以及它的一些后果构成了本章的主题。

2.1.1. 过程模型

在此模型中，计算机上的所有可运行软件（有时包括操作系统）被组织成许多顺序进程，或简称为进程。进程只是一个正在执行的程序，包括程序计数器、寄存器和变量的当前值。

（强调我的）

虽然我还没有时间读完这本书，但根据这个解释，“进程”是在处理器上执行的一个工作单元，并拥有所有必要的资源（图像、状态、寄存器、计数器......）。

回答已编辑的问题

内核始终在内核模式下运行并且仅使用内核空间。

这取决于内核的类型。单片内核在单个地址空间（内核空间）中运行其内容，而微内核可以在用户空间中运行其内核进程。

两本书中提到的“系统进程”是否可以运行在用户空间、内核空间或两者中？

如上所述，系统进程可以在两种模式下运行，具体取决于内核的类型。

用户进程和系统进程都是进程，而不是内核进程？

是的，用户进程和系统进程都是进程 - 因此命名;-) 不过，我不明白逗号后面的部分。

“系统进程”与内核控制路径和内核线程不同吗？

是的。进程（用户或系统=内核）是不同的。

内核控制路径表示指令序列，内核线程（又名 LWP - 轻量级进程）是直接由内核创建和调度的线程（与由线程库创建的用户线程相反）。

结论

过程只是一个理论结构。
内核是操作系统的一部分，它实现了进程的概念，以允许例如。所述进程的调度。
线程是进程中可以独立调度的最小部分。