程序可以在内核模式下运行吗？

Question

根据我的理解，当中断被触发（例如：系统调用、键盘按键按下等）时，CPU 在内核模式下执行内核代码，但我想知道我们是否可以有一个独立运行的程序（没有在内核模式下被触发的中断。

我的意思是：当调度程序将执行切换到它时，用户模式下的进程被执行，但是我们可以有一个调度程序切换执行的“进程”，但是这个“进程”在内核模式下运行（不确定我们是否可以将在内核模式下运行的程序称为“进程”）？

Answer 1

为了回答这个问题，我首先需要澄清一些术语。

虚拟内存地址分为用户空间和内核空间。在某些体系结构上，两者都是单个线性地址空间的一部分，而在其他体系结构中，两者是独立的地址空间。

CPU 在任何给定时间都在用户模式或内核模式下运行。在内核模式下，它将拥有更多的权限，例如可以读写用户空间和内核空间。某些 CPU 具有更多特权级别。例如，与 AMD64 兼容的 CPU 有四个特权级别，操作系统可以使用这些特权级别，而 Linux 仅使用两个特权级别。

当 CPU 在用户模式下运行时，它可以操作指向内核空间的指针，但如果它试图访问这些指针所指向的内容，则会导致异常。在用户模式下运行时，CPU 只能读取、写入和执行用户空间中的字节，并且可能会受到其他限制（例如，可以将内存映射配置为不允许在同一范围内写入和执行）。

从用户模式您只能通过异常或中断进入内核模式，这些异常或中断导致执行从内核先前配置的内核空间中的地址开始。因此，没有直接的方法可以在内核模式下执行的用户空间中获取代码。

然而，内核代码有可能跳转到用户空间中的地址，这样做并不是一个好主意。如果您以加载内核模块的权限运行（这通常意味着以 root 身份运行），那么您可以在用户空间内存中构造一个模块，然后将其加载到内核中并让它跳回用户空间中的代码。但无论你想做什么，都有比这更好的方法来实现它。

在 Linux 中有一个称为内核线程的概念。内核线程与用户线程的不同之处在于它们没有用户空间。这些线程始终处于内核模式。出于性能原因，上下文切换可以在切换到内核线程时保留当前用户空间，因此如果内核线程尝试访问用户空间（这将是一个错误），它将访问最近运行的用户线程的用户空间.

在 Linux 中，进程是一组一个或多个线程，它们共享某些资源，例如在它们之间使用相同的用户空间。Linux 在允许线程选择共享和不共享资源方面非常灵活。