在内核和用户空间答案

【问题标题】：in kernel and user space在内核和用户空间
【发布时间】：2015-05-13 07:08:18
【问题描述】：

现在我知道应该避免开发进入内核空间的应用程序——它难以调试、复杂等...... 考虑到这一点，将应用程序从用户空间移动到内核有什么好处？毕竟，如果没有积极的一面，它就永远不会完成......有什么？

【问题讨论】：

标签： kernel

【解决方案1】：

一些可能的优势：

系统调用可能会更快（即延迟更低），因为 CPU 不必从应用程序模式切换进入内核模式。（这不一定正确，因为 CPU 可能比简单的“用户空间”和“内核空间”做出更好的区分。例如，Intel x86 CPU 有一个包含 4 个不同权限级别的环模型。）^{1 )}
您可以通过内存和 I/O 端口直接访问系统硬件。
如果您需要在不被打扰的情况下做某事，您也许可以禁止任务切换
您也许能够绕过操作系统强制执行的安全机制（例如读取/修改其他进程的内存）。（如果恶意软件作为内核模式设备驱动程序安装，它可能会利用这一点。）

（当然，正如您所知，存在许多缺点和安全风险。应用程序空间和内核空间之间的区别是有充分理由的。）

¹⁾ 参见例如文章Making system calls from kernel space from Linux mag：

例如，高性能 Web 服务器可能希望驻留在内核中以提高吞吐量并降低延迟。但是，也存在安全权衡 [...]

【讨论】：

您也可以安排在用户空间中直接访问系统硬件（至少对于 I/O 端口和设备内存区域）。但是，中断服务例程不能这样做。

【解决方案2】：

您的程序中的一个小错误可能会在整个内存中乱涂乱画，并破坏整个系统及其所有进程和功能。如果运气好，系统会崩溃。

【讨论】：

【解决方案3】：

搜索选项时我想到的一些原因，即内核模式与用户模式：

1) 当需要专用处理并且我们想使用操作系统中内置的实用程序时。例如：如果我们要设计一个 IO 服务器。这里的延迟是 1-5 毫秒。由于内核-用户模式的权衡，人们不能等待上下文切换。但是如果必须依赖内核提供的 TCP IP 框架。它必须在内核模式下实现，紧密结合网络/TCP/IP 框架和您预期的传输框架。

2) 当您想完全拥有调度框架时。虽然使用各种系统调用和 pthread 框架可以直观地实现这一点。但是，如果您的产品/线程完全拥有处理器，那么您可能希望从中恢复死锁或活锁的情况。在这种情况下，您需要一个框架来考虑每个线程所花费的时间。这不能从用户 lan 完成，因此需要内核调度程序/调度子系统的支持。

3) 当您想要对内存进行过载访问时，同样是在资源专用于特定操作的环境中。为虚拟线程覆盖物理内存/内核内存是有意义的。

4) 当您想要虚拟化磁盘访问以增加冗余或提高读/写性能时。

除了核心根本原因之外，可能还有更多原因：

1) 每当您想减少层数以提高性能时，您都可以使用内核。由于内核添加了用于公平共享资源（cpu、ram、网络、磁盘）的虚拟化框架。

2) 每当您想使用难以移植到用户局域网（Tcp/ip 或 shceduler）的内核基础架构时。

【讨论】：