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linux用户空间和内核空间

发布时间:2021-11-25 17:49:24

linux下通过shmget创建的共享内存,是属于用户空间还是内核空间

属于用户空间. shmat后返回的地址空间属于用户空间, 不同进程可以将同一物理内存区域映射到各自的用户空间中。该空间可以随意读写。note: 一个小屁进程,在用户态时,是没有权限操作内核空间的。

虚拟地址空间=用户空间+内核空间。

② 为什么要划分为用户空间和内核空间

Linux虚拟内存的大小为2^32(在32位的x86机器上),内核将这4G字节的空间分为两部分。最高的1G字节(从虚地址
0xC0000000到0xFFFFFFFF)供内核使用,称为“内核空间”。而较低的3G字节(从虚地址0x00000000到
0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间”。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核空间由系统内的所有进程共享。
于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟地址空间(也叫虚拟内存).

每个进程有各自的私有用户空间(0~3G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB内核空间则为所有进程以及内核所共享。另外,进程的“用户空间”也叫“地址空间”,在后面的叙述中,我们对这两个术语不再区分。

用户空间不是进程共享的,而是进程隔离的。每个进程最大都可以有3GB的用户空间。一个进程对其中一个地址的访问,与其它进程对于同一地址的访问绝不冲
突。比如,一个进程从其用户空间的地址0x1234ABCD处可以读出整数8,而另外一个进程从其用户空间的地址0x1234ABCD处可以读出整数
20,这取决于进程自身的逻辑。
因此Linux对用户空间与内核空间的划分起到了一定程度上的冲突避免。

③ 如何在Linux用户和内核空间中进行动态跟踪

你不记得如何在代码中插入探针点了吗? 没问题!了解如何使用uprobe和kprobe来动态插入它们吧。 基本上,程序员需要在源代码汇编指令的不同位置插入动态探针点。

探针点
探针点是一个调试语句,有助于探索软件的执行特性(即,执行流程以及当探针语句执行时软件数据结构的状态)。printk是探针语句的最简单形式,也是黑客用于内核攻击的基础工具之一。
因为它需要重新编译源代码,所以printk插入是静态的探测方法。内核代码中重要位置上还有许多其他静态跟踪点可以动态启用或禁用。 Linux内核有一些框架可以帮助程序员探测内核或用户空间应用程序,而无需重新编译源代码。Kprobe是在内核代码中插入探针点的动态方法之一,并且uprobe在用户应用程序中执行此操作。
使用uprobe跟踪用户空间
可以通过使用thesysfs接口或perf工具将uprobe跟踪点插入用户空间代码。
使用sysfs接口插入uprobe
考虑以下简单测试代码,没有打印语句,我们想在某个指令中插入探针:
[source,c\n.test.c
#include <stdio.h>\n#include <stdlib.h>\n#include <unistd.h>
编译代码并找到要探测的指令地址:
# gcc -o test test.\n# objmp -d test
假设我们在ARM64平台上有以下目标代码:
0000000000400620 <func_1>: 400620\t90000080\tadr\tx0, 410000 <__FRAME_END__+0xf6f8>
并且我们想在偏移量0x620和0x644之间插入探针。执行以下命令:
# echo 'p:func_2_entry test:0x620' > /sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 'p:func_1_entry test:0x644' >> /sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enable# ./test&
在上面的第一个和第二个echo语句中,p告诉我们这是一个简单的测试。(探测器可以是简单的或返回的。)func_n_entry是我们在跟踪输出中看到的名称,名称是可选字段,如果没有提供,我们应该期待像p_test_0x644这样的名字。test 是我们要插入探针的可执行二进制文件。如果test 不在当前目录中,则需要指定path_to_test / test。
0x620或0x640是从程序启动开始的指令偏移量。请注意>>在第二个echo语句中,因为我们要再添加一个探针。所以,当我们在前两个命令中插入探针点之后,我们启用uprobe跟踪,当我们写入events/ uprobes / enable时,它将启用所有的uprobe事件。程序员还可以通过写入在该事件目录中创建的特定事件文件来启用单个事件。一旦探针点被插入和启用,每当执行探测指令时,我们可以看到一个跟踪条目。
读取跟踪文件以查看输出:
# cat /sys/kernel/debug/tracing/trac\n# tracer: no\n\n# entries-in-buffer/entries-written: 8/8\n#P:\n\n# _-----=> irqs-of\n# / _----=> need-resche\n# | / _---=> hardirq/softir\n# || / _--=> preempt-dept\n# ||| / dela\n# TASK-PID CP\n# |||| TIMESTAMP FUNCTION# | | | |||| | |
我们可以看到哪个CPU完成了什么任务,什么时候执行了探测指令。
返回探针也可以插入指令。当返回该指令的函数时,将记录一个条目:
# echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enabl\n# echo 'r:func_2_exit test:0x620' >> /sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 'r:func_1_exit test:0x644' >> /sys/kernel/debug/tracing/uprobe_event\n# echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enable
这里我们使用r而不是p,所有其他参数是相同的。请注意,如果要插入新的探测点,需要禁用uprobe事件:
test-3009 [002] .... 4813.852674: func_1_entry: (0x400644)
上面的日志表明,func_1返回到地址0x4006b0,时间戳为4813.852691。
# echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enabl\n# echo 'p:func_2_entry test:0x630' > /sys/kernel/debug/tracing/uprobe_events count=%x\n# echo 1 > /sys/kernel/debug/tracing/events/uprobes/enabl\n# echo > /sys/kernel/debug/tracing/trace# ./test&
当执行偏移量0x630的指令时,将打印ARM64 x1寄存器的值作为count =。
输出如下所示:
test-3095 [003] .... 7918.629728: func_2_entry: (0x400630) count=0x1
使用perf插入uprobe
找到需要插入探针的指令或功能的偏移量很麻烦,而且需要知道分配给局部变量的CPU寄存器的名称更为复杂。 perf是一个有用的工具,用于帮助引导探针插入源代码中。
除了perf,还有一些其他工具,如SystemTap,DTrace和LTTng,可用于内核和用户空间跟踪;然而,perf与内核配合完美,所以它受到内核程序员的青睐。
# gcc -g -o test test.c# perf probe -x ./test func_2_entry=func_\n# perf probe -x ./test func_2_exit=func_2%retur\n# perf probe -x ./test test_15=test.c:1\n# perf probe -x ./test test_25=test.c:25 numbe\n# perf record -e probe_test:func_2_entry -e\nprobe_test:func_2_exit -e probe_test:test_15\n-e probe_test:test_25 ./test
如上所示,程序员可以将探针点直接插入函数start和return,源文件的特定行号等。可以获取打印的局部变量,并拥有许多其他选项,例如调用函数的所有实例。 perf探针用于创建探针点事件,那么在执行./testexecutable时,可以使用perf记录来探测这些事件。当创建一个perf探测点时,可以使用其他录音选项,例如perf stat,可以拥有许多后期分析选项,如perf脚本或perf报告。
使用perf脚本,上面的例子输出如下:
# perf script
使用kprobe跟踪内核空间
与uprobe一样,可以使用sysfs接口或perf工具将kprobe跟踪点插入到内核代码中。
使用sysfs接口插入kprobe
程序员可以在/proc/kallsyms中的大多数符号中插入kprobe;其他符号已被列入内核的黑名单。还有一些与kprobe插入不兼容的符号,比如kprobe_events文件中的kprobe插入将导致写入错误。 也可以在符号基础的某个偏移处插入探针,像uprobe一样,可以使用kretprobe跟踪函数的返回,局部变量的值也可以打印在跟踪输出中。
以下是如何做:
; disable all events, just to insure that we see only kprobe output in trace\n# echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/enable; disable kprobe events until probe points are inseted\n# echo 0 > /sys/kernel/debug/tracing/events/kprobes/enable; clear out all the events from kprobe_events\n to insure that we see output for; only those for which we have enabled
[root@pratyush ~\n# more /sys/kernel/debug/tracing/trace# tracer: no\n\n# entries-in-buffer/entries-written: 9037/9037\n#P:8\n# _-----=> irqs-of\n# / _----=> need-resche\n# | / _---=> hardirq/softirq#\n|| / _--=> preempt-depth#\n ||| / delay# TASK-PID CPU#\n |||| TIMESTAMP FUNCTION#\n | | | |||| | |
使用perf插入kprobe
与uprobe一样,程序员可以使用perf在内核代码中插入一个kprobe,可以直接将探针点插入到函数start和return中,源文件的特定行号等。程序员可以向-k选项提供vmlinux,也可以为-s选项提供内核源代码路径:
# perf probe -k vmlinux kfree_entry=kfre\n# perf probe -k vmlinux kfree_exit=kfree%retur\n# perf probe -s ./ kfree_mid=mm/slub.c:3408 \n# perf record -e probe:kfree_entry -e probe:kfree_exit -e probe:kfree_mid sleep 10
使用perf脚本,以上示例的输出:
关于Linux命令的介绍,看看《linux就该这么学》,具体关于这一章地址3w(dot)linuxprobe/chapter-02(dot)html

④ 在linux中,用户空间和内核空间交互数据的方法有哪些

会考的,直接调试看进程页表可以看到。但是不知道在哪里搞的,没有看过。 vmalloc分配地址空间时,页表仅仅更新到主内核页表的。所以,内核访问这个vmalloc合法地址可能会导致缺页异常,然后通过这种lazy模式更新进程内核部分页表的。

⑤ Linux的内核空间和用户空间是如何划分的(以32位系统为例)

Linux将4G的地址划分为用户空间和内核空间两部分。在Linux内核的低版本中(2.0.X),通常0-3G为用户空间,3G-4G为内核空间。这个分界点是可以可以改动的。
正是这个分界点的存在,限制了Linux可用的最大内存为2G.而且要通过重编内核,调整这个分界点才能达到。实际上还可以有更好的方法来解决这个问题。由于内核空间与用户空间互不重合,所以可以用段机制提供的保护功能来保护内核级代码。
2.2.X版的内核对此进行了改动。这样内核空间扩张到了4G。从表面上看内核的基地址变为了0,但实际上,内核通常仍在虚址3G以上。
用户空间在2.2.X中从直观上变为0-4G,让人迷惑,不是可以直接访问内核了?
其实不然,同过使用页机制提供的保护,阻止了用户程序访问内核空间。

windows是使用的一个开关设置的,一般是1G,设置过开关之后,用花空间就可以达到3G

另外,附上一片文章吧,这个是64位系统上面的。。。希望能给你启发~~~试着编译下内核吧!
http://www.linuxidc.com/Linux/2011-03/33764.htm

⑥ 为什么要把内存划分为用户空间与内核空间

内存划分为用户空间与内核空间的原因:
用户空间和内核空间置于这种非对称访问机制下有很好的安全性,能有效抵御恶意用户的窥探,也能防止质量低劣的用户程序的侵害,从而使系统运行得更稳定可靠。用户空间与内核空间的权限不同,内核空间拥有所有硬件设备的权限,用户空间只有普通硬件的权限。
Linux系统对自身进行了划分,一部分核心软件独立于普通应用程序,运行在较高的特权级别上,它们驻留在被保护的内存空间上,拥有访问硬件设备的所有权限,Linux将此称为内核空间。
相对地,应用程序则是在“用户空间”中运行。运行在用户空间的应用程序只能看到允许它们使用的部分系统资源,并且不能使用某些特定的系统功能,也不能直接访问内核空间和硬件设备,以及其他一些具体的使用限制。

⑦ LINUX内核空间与用户空间分别是什么意思

关于内核空间和用户空间,说的是linux驱动程序一般工作在内核空间,但也可以工作在用户空间。下面将详细解析,什么是内核空间,什么是用户空间,以及如何判断他们。
Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G.Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供内核使用,称为"内核空间".而将较低的3G字节(从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为"用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。
Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。每个进程有各自的私有用户空间(0~3G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。
内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。

⑧ 求教64位Linux的内核和用户地址空间

我们都知道,32位的Linux中,0x00000000-0xBFFFFFFFFF 这3GB是分配给用户空间的
0xC00000000-0xFFFFFFFFFF 这1GB是分配给内核空间的。对于64位的Linux,用户空间和内核空间的分界线在:0xffffffff80000000。前面的(小的)是用户空间,后面(大的)的是内核空间。

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