Пространство пользователя и пространство ядра
Современная компьютерная операционная система обычно использует виртуальную память для предоставления отдельных адресных пространств или отдельных областей единого адресного пространства, называемых пространством пользователя и пространством ядра . [1] [a] В первую очередь, это разделение служит для обеспечения защиты памяти и аппаратной защиты от вредоносного или ошибочного поведения программного обеспечения.
Пространство ядра строго зарезервировано для запуска ядра привилегированной операционной системы , расширений ядра и большинства драйверов устройств . Напротив, пространство пользователя — это область памяти, где выполняется прикладное программное обеспечение и некоторые драйверы, обычно одно адресное пространство на процесс.
Обзор
Термин «пространство пользователя» (или «пользовательская среда» ) относится ко всему коду, который выполняется вне ядра операционной системы. [2] Под пространством пользователя обычно подразумеваются различные программы и библиотеки , которые операционная система использует для взаимодействия с ядром: программное обеспечение, которое выполняет ввод/вывод , манипулирует объектами файловой системы , прикладное программное обеспечение и т. д.
Каждый процесс пользовательского пространства обычно выполняется в своем собственном пространстве виртуальной памяти и, если явно не разрешено, не может получить доступ к памяти других процессов. Это основа защиты памяти в современных основных операционных системах и строительный блок для разделения привилегий . Отдельный пользовательский режим также может использоваться для создания эффективных виртуальных машин – см. требования к виртуализации Попека и Голдберга . При наличии достаточных привилегий процессы могут запрашивать ядро для отображения части пространства памяти другого процесса на свое собственное, как в случае отладчиков . Программы также могут запрашивать общие области памяти с другими процессами, хотя доступны и другие методы для обеспечения межпроцессного взаимодействия .
| Пользовательский режим | Пользовательские приложения | bash , LibreOffice , GIMP , Blender , 0 AD , Mozilla Firefox , ... | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Компоненты системы | init-демон : OpenRC , runit , systemd ... | Системные демоны : polkitd , smbd , sshd , udevd ... | Оконный менеджер : X11 , Wayland , SurfaceFlinger (Android) | Графика : Mesa , AMD Catalyst , ... | Другие библиотеки: GTK , Qt , EFL , SDL , SFML , FLTK , GNUstep , ... | |
| Стандартная библиотека C | fopen, execv, malloc, memcpy, localtime, pthread_create... (до 2000 подпрограмм ) glibc стремится быть быстрым, musl стремится быть легким, uClibc нацелен на встраиваемые системы, bionic был написан для Android и т. д. Все стремятся быть совместимыми с POSIX / SUS . | |||||
| Режим ядра | ядро Linux | stat, splice, dup, read, open, ioctl, write, mmap, close, exit, и т. д. (около 380 системных вызовов) Интерфейс системных вызововядра Linux (SCI) стремится быть совместимым с POSIX / SUS [3] | ||||
| Подсистема планирования процессов | Подсистема МПК | Подсистема управления памятью | Подсистема виртуальных файлов | Сетевая подсистема | ||
| Другие компоненты: ALSA , DRI , evdev , klibc , LVM , device mapper , Linux Network Scheduler , Netfilter Модули безопасности Linux : SELinux , TOMOYO , AppArmor , Smack | ||||||
| Аппаратное обеспечение ( ЦП , оперативная память , устройства хранения данных и т. д.) | ||||||
Выполнение
Наиболее распространенный способ реализации пользовательского режима отдельно от режима ядра включает кольца защиты операционной системы . Кольца защиты, в свою очередь, реализуются с использованием режимов ЦП . Обычно программы пространства ядра работают в режиме ядра , также называемом режимом супервизора ; обычные приложения в пространстве пользователя работают в пользовательском режиме.
Некоторые операционные системы являются операционными системами с одним адресным пространством — они имеют одно адресное пространство для всего кода пользовательского режима. (Код режима ядра может находиться в том же адресном пространстве или во втором адресном пространстве). Другие операционные системы имеют адресное пространство для каждого процесса с отдельным адресным пространством для каждого процесса пользовательского режима.
Другой подход, используемый в экспериментальных операционных системах, заключается в наличии единого адресного пространства для всего программного обеспечения и использовании семантики языка программирования для обеспечения невозможности доступа к произвольной памяти — приложения не могут получать ссылки на объекты, к которым им не разрешен доступ. [4] [5] Этот подход был реализован в JXOS , Unununium, а также в исследовательском проекте Microsoft Singularity .
Смотрите также
Примечания
- ^ Более старые операционные системы, такие как DOS и Windows 3.1x , не используют эту архитектуру.
Ссылки
- ^ "Адресное пространство". Параметры адресного пространства для 32-битных систем.
- ^ "userland, n." Файл жаргона . Эрик С. Рэймонд . Получено 14 августа 2016 г.
- ^ "Руководство администратора README". Репозитории Git Kernel.org .
- ^ "Введение в систему Unununium". Архивировано из оригинала 2001-12-15 . Получено 2016-08-14 .
- ^ "uuu/docs/system_introduction/uuu_intro.tex". Руководство по введению в систему UUU . 2001-06-01 . Получено 2016-08-14 .
Внешние ссылки
- Определение пространства ядра Linux
- Вход в режим пользователя на Wayback Machine (архивировано 26 марта 2016 г.)
