Linux 中的所有驱动程序都在相同的上下文中工作还是在不同的上下文中工作？

Question

Linux 中的所有驱动程序都运行在相同的上下文中（内核空间的地址空间），还是各自运行在不同的上下文中（类似于不同进程如何在用户空间的不同地址空间中工作）？

Answer 1

在 32 位 x86-Linux 中，所有驱动程序都在所谓的内核模式下运行（有时称为 Ring 0 模式，因为英特尔组织其 CPU 保护方案的方式）。 当进程调用驱动程序时（例如，您向设备驱动程序发出read() 系统调用），驱动程序内部有一个函数会被执行。该函数被称为在该进程的上下文中执行。

这意味着驱动函数在调用进程的内存映射中执行。这意味着驱动函数不仅可以访问存储在内核保留地址（虚拟地址 0xC0000000 及以上）中的自己的变量和结构，还可以访问用户调用进程的变量和代码。这使得copy_to_user() 或copy_from_user() 等函数能够与用户调用进程交换信息。

回想一下，Linux 中任何进程的内存映射都包含两部分：用户进程可用的最大 3GB 内存中的一大部分。该内存对于该进程是私有的。 1GB 的另一部分用于内核。这部分在所有用户进程的内存映射之间共享。驱动程序的代码、堆栈和全局变量驻留在这 1GB 空间内。

还有另一个上下文：中断上下文。 Linux 驱动程序可以为硬件中断安装处理程序。当这个中断被触发时，处理程序被执行，但这一次，它将在当时正在执行的任何进程的上下文中执行（即处理程序尚未从用户进程中调用）

典型的驱动程序是函数的集合，它们中的大多数是根据用户进程发出系统调用的请求执行的，所以大多数时候，驱动程序正在执行（实际上是它的一个实例）在特定用户进程的上下文中（但与用户进程中的代码不同，驱动程序以所有权限执行）。驱动程序的某些部分可能被其他内核函数异步调用，因此它们可能在另一个上下文中执行，与属于使用驱动程序的进程的上下文无关。

还请记住，可能有多个用户进程在使用驱动程序，因此每个进程在其自己的上下文中执行相同的代码。应该编写驱动程序以便可以重新输入，从而避免副作用。