关于用户空间和内核空间

作者：冯利美,华清远见嵌入式学院讲师。
当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，我们就称进程处于内核运行态（内核态）。在内核态下，CPU可执行任何指令。当进程在执行用户自己的代码时，则称其处于用户运行态（用户态）。用户态不能访问内核空间，包括代码和数据。
进程处于用户态时能访问的是用户空间，处于内核态时能访问的称为内核空间。
CPU执行程序所访问的地址都是虚拟地址，MMU 必须通过读取控制寄存器CR3中的值作为当前页面目录的指针，进而根据分页内存映射机制（参看相关文档）将该虚拟地址转换为真正的物理地址才能让CPU真正的访问到物理地址。
进程有4G的寻址空间，其中第一部分为“用户空间”，用来映射其整个进程空间（0x0000 0000－0xBFFF FFFF）即3G字节的虚拟地址；第二部分为“系统空间”，用来映射（0xC000 0000－0xFFFF FFFF）1G字节的虚拟地址。可以看出Linux系统中每个进程的页面目录的第二部分是相同的，所以从进程的角度来看，每个进程有4G字节的虚拟空间，较低的3G字节是自己的用户空间，最高的1G字节则为与所有进程以及内核共享的系统空间。



if(数据在物理内存中)
{ 虚拟地址转换成物理地址
读数据 }
else
{ if(数据在磁盘中)
{
if(物理内存还有空闲)
{ 把数据从磁盘中读到物理内存
虚拟地址转换成物理地址
读数据
}
else
{ 把物理内存中某页的数据存入磁盘
把要读的数据从磁盘读到该页的物理内存中
虚拟地址转换成物理地址
读数据
}
}
else
{ 报错 } }