在 Linux 进程的虚拟内存空间中拥有内核部分有什么用？

Question

我发现了一个类似的问题，但它仍然没有回答我的问题 所有进程的虚拟地址空间在它们的“内核”部分都有相同的内容吗？

1. 首先，考虑到用户进程无权访问这部分，我猜如果他们尝试访问它，会导致错误，那么为什么还要将这部分包含在用户进程虚拟空间中呢？你们能给我一个真实的生活场景，说明这部分必不可少和有用吗？

2. 另外，还有一个问题是我一直认为内存的内核部分是动态的，这意味着它可能会增长，例如当我们在我们的程序中使用动态库时，这是真的吗？如果是这样，那么操作系统如何确定我们进程的虚拟空间中内核的大小？

3. 当我们在物理内存中的内核增长或变化时，是否会在所有进程的虚拟内存的内核部分发生相同的效果？这个虚拟内核到真实内核的映射是一对一的映射吗？

Answer 1

1. 内核映射主要用于内核的目的，而不是用户进程的目的。从 CPU 的角度来看，任何未映射为线性地址的物理内存地址也可能不存在。但是 CPU 确实需要能够调用内核：服务中断，处理异常......它也需要能够在用户进程发出系统调用时调用内核（有多种方法可以做到这一点）发生，所以我不会详细介绍）。在大多数（如果不是全部）架构上，这种情况发生时没有机会切换页表——例如参见SYSENTER。因此，至少，内核的入口点必须始终映射到当前地址空间。

2. 内核分配是动态的，但地址空间不是。在 32 位 x86 上，可以使用各种拆分，例如图中所示的 3/1 GiB 拆分；在 64 位 x86 上，地址空间的上半部分是为内核保留的（请参阅内核文档中的内存映射）。那个裂不能动。（请注意，库被加载到用户空间。内核模块被加载到内核空间，但同样只更改分配，而不是地址空间拆分。）

3. 在用户模式下，内核只有一个映射，在所有进程之间共享。当内核端页面映射更改时，该更改会反映到任何地方。

   启用 KPTI 后，内核有自己的私有映射，在运行用户空间代码时不会公开；因此，对于 KPTI，有两个映射，并且对内核私有映射的更改对用户空间是不可见的（这是 KPTI 的重点）。

   内核内存映射总是映射所有内核（在运行 KPTI 时在内核模式下），但它不一定是一对一的——例如在 64 位 x86 上它包括物理内存的完整映射，所以所有内核物理地址都是至少映射两次。