先说明两个概念：中断和系统调用 一 系统调用： 是应用程序（运行库也是应用程序的一部分）与操作系统内核之间的接口，它决定了应用程序是如何和内核打交道的。 1， Linux系统调用：2.6.19版内核提供了319个系统调用。比如 exit fork read open close …… 2， 对Windows来说，操作系统提供给应用程序的接口不是系统调用，而是API。比如：ReadFile。我们暂时把API和系统调用等同起来 3， Linux中，每个系统调用对应一个系统调用号，内核维护了一个系统调
在内核态（比如应用进程执行系统调用）时，进程运行需要自己的堆栈信息（不是原用户空间中的栈），而是使用内核空间中的栈，这个栈就是进程的内核栈
Linux内核中使用 task_struct 结构来表示一个进程，这个结构体保存了进程的所有信息，所以它非常庞大，在讲解Linux内核的进程管理，我们有必要先分析这个 task_struct 中的各项成员
接上文 从应用到内核查接口超时（中），查到是因为 journal 导致 write 系统调用被阻塞进而导致超时后，总感觉证据还不够充分，没有一个完美的交待。而且 leader 还想着让我把问题排查过程分享给同事们，这让我更加不安，担心搞错了方向。
系统调用是应用程序(包含运行库)与操作系统内核的接口，它决定了应用程序如何与内核打交道。在现在的操作系统系统里，程序运行的时候，本身是没有权利访问系统的资源，由于系统有限的资源有可能被不同的应用程序同时访问，因此，如果不加以保护，各个应用程序的冲突在所难免。所以现代操作系统都尽可能的把冲突的资源保护起来，阻止程序直接访问。这些资源，包括文件、网络、IO、各种设备等。
首先，栈 (stack) 是一种串列形式的数据结构。这种数据结构的特点是后入先出 (LIFO, Last In First Out)，数据只能在串列的一端 (称为：栈顶 top) 进行 推入 (push) 和 弹出 (pop) 操作。根据栈的特点，很容易的想到可以利用数组，来实现这种数据结构。但是本文要讨论的并不是软件层面的栈，而是硬件层面的栈。
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当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状态。此时处理器处于特权级最高的(0级)内核代码。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。
在执行sys_fork的时候，可能会引起切换，例如: 如果产生了阻塞或者时间片到期了
系统调用 跟用户自定义函数一样也是一个函数，不同的是 系统调用 运行在内核态，而用户自定义函数运行在用户态。由于某些指令（如设置时钟、关闭/打开中断和I/O操作等）只能运行在内核态，所以操作系统必须提供一种能够进入内核态的方式，系统调用 就是这样的一种机制。
首先，栈 (stack) 是一种串列形式的 数据结构。这种数据结构的特点是 后入先出 (LIFO, Last In First Out)，数据只能在串列的一端 (称为：栈顶 top) 进行 推入 (push) 和 弹出 (pop) 操作。根据栈的特点，很容易的想到可以利用数组，来实现这种数据结构。但是本文要讨论的并不是软件层面的栈，而是硬件层面的栈。
C/C++程序为编译后的二进制文件，运行时载入内存，运行时内存分布由代码段、初始化数据段、未初始化数据段、堆和栈构成，如果程序使用了内存映射文件（比如共享库、共享文件），那么包含映射段。Linux环境程序典型的内存布局如图1-5所示。
Linux内核通过一个被称为进程描述符的task_struct结构体来管理进程，这个结构体包含了一个进程所需的所有信息。它定义在include/linux/sched.h文件中。
3G-4G大部分是共享的，是内核态的地址空间。这里存放整个内核的代码和所有的内核模块以及内核所维护的数据。
注：本分类下文章大多整理自《深入分析linux内核源代码》一书，另有参考其他一些资料如《linux内核完全剖析》、《linux c 编程一站式学习》等，只是为了更好地理清系统编程和网络编程中的一些概念
进程在内核态运行时需要自己的堆栈信息，linux内核为每个进程都提供了一个内核栈。对每个进程，Linux内核都把两个不同的数据结构紧凑的存放在一个单独为进程分配的内存区域中：
作者简介：冬之焱，杭州某公司linux内核工程师，4年开发经验，对运用linux内核的某些原理解决实际问题很感兴趣。
原文链接：https://www.cnblogs.com/viviwind/archive/2012/09/22/2698450.html
操作系统对内存的使用是按段的，例如: 我们编写的一个程序被操作系统加载到内存是按照数据段，代码段等形式分段载入。而操作系统自身的代码也是按段载入的，为了确保安全性，我们用户编写的程序是不能直接访问操作系统的相关段的，因此需要给不同段赋予不同的特权级。
目前 Linux 支持64种信号。信号分为非实时信号(不可靠信号)和实时信号（可靠信号）两种类型，对应于 Linux 的信号值为 1-31 和 34-64。
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（或简称为内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。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）。即此时处理器在特权级最低的（3级）用户代码中运行。当正在执行用户程序而突然被中断程序中断时，此时用户程序也可以象征性地称为处于进程的内核态。因为中断处理程序将使用当前进程的内核栈。这与处于内核态的进程的状态有些类似。
内核态就是拥有资源多的状态，或者说访问资源多的状态，也称为特权态。相对来说，用户态就是非特权态，访问的而资源将受到限制。如果一个程序运行在特权态，该程序就可以访问计算机的任何资源，它的资源访问权限不受限制。如果一个程序运行在用户态，其资源需求将受到各种限制。如：要访问操作系统的内核数据结构，如进程表，则需要在特选态下才能办到。如果要访问用户程序里的数据，在用户态即可。
虚拟地址空间（Virtual Address Space）是每一个程序被加载运行起来后，操作系统为进程分配的虚拟内存，它为每个进程提供了一个假象，即每个进程都在独占地使用主存。
内核态：cpu可以访问内存的所有数据，包括外围设备，例如硬盘，网卡，cpu也可以将自己从一个程序切换到另一个程序。
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。下面我们将详细解析，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。从图中可以看出（这里无法表示图），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。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节，但映射到物理内存却总是从最低地址（0x00000000）开始。对内核空间来说，其地址映射是很简单的线性映射，0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量，在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 内核空间和用户空间之间如何进行通讯？ 内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。 如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动？ 判断的标准是什么？ 用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问，如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此，主要的判断依据就是系统调用。 内核空间和用户空间上不同太多了，说不完，比如用户态的链表和内核链表不一样；用户态用printf，内核态用printk；用户态每个应用程序空间是虚拟的，相对独立的，内核态中却不是独立的，所以编程要非常小心。等等。 还有用户态和内核态程序通讯的方法很多，不单单是系统调用，实际上系统调用是个不好的选择，因为需要系统调用号，这个需要统一分配。 可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。
先看基础常识: 基础 内核在创建进程的时候，会为进程创建相应的堆栈。 每个进程会有两个栈，一个用户栈，存在于用户空间，一个内核栈，存在于内核空间。 当进程在用户空间运行时，CPU寄存器里面的内容是用户堆栈地址，使用用户栈 当进程在内核空间时，CPU寄存器里面的内容是内核栈空间地址，使用内核栈。 切换过程: 当发生系统调用时，用户态的程序发起系统调用。用户态程序权限不足，因此会中断执行，发生中断后，当前CPU执行的程序会中断，跳转到中断处理程序。内核程序开始执行，
进程是操作系统种调度的实体，对进程拥有资源的描述称为进程控制块（PCB, Process Contrl Block）。
注: 此系列内容来自网络，未能查到原作者。感觉不错，在此分享。不排除有错误，可留言指正。
我们在学习操作系统课程的时候，应该都学过fork的概念。fork是一个系统调用，用于将当前进程/线程分裂成完全相同的两个。
操作系统有三个特权级别：R0（Ring0）、R1（Ring1）、R2（Ring2）和R3（Ring3）。R0相当于内核态，R3相当于用户态，不同级别能够运行不同的指令集合。
究竟什么是用户态，什么是内核态，这两个基本概念以前一直理解得不是很清楚，根本原因个人觉得是在于因为大部分时候我们在写程序时关注的重点和着眼的角度放在了实现的功能和代码的逻辑性上，先看一个例子：
因此当前linux的调度程序由两个调度器组成：主调度器，周期性调度器(两者又统称为通用调度器(generic scheduler)或核心调度器(core scheduler))
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”。也就是说，在这4G的内存中，0-3G是给用户留下的用户空间，这段空间是各个进程独立，无法互相访问的，3-4G是进程的内核空间，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)。
后面几篇文章开始整理多路复用相关的知识，特别是epoll相关的原理介绍。本篇文章是第1篇文章，也是后续知识的基础，笔者觉得只有真正弄清楚了内核态和用户态，才能更好的理解后续的知识。
—>内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序 —>用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取
（文章大部分转载于：https://consen.github.io/2018/01/17/debug-linux-kernel-with-qemu-and-gdb/）
内核线程被调度执行时确实需要一个地址空间，但这个地址空间并不是为每个内核线程独立创建的。内核线程运行在操作系统的内核空间中，而不是在用户空间。以下是内核线程执行时地址空间的来源和管理方式：
通过 ps 命令可以看到红色方框标出的都是父进程为2号进程的内核线程，2号进程即蓝色方框标出的进程 kthreadd，1号进程是绿色方框标出的进程 init，它们的父进程号都是0。
linux的kernel内核外是系统调用，系统调用外是shell、库函数，而应用程序则在最外层
linux的上下文切换就是进程线程的切换，也就是切换struct task_struct结构体，一个任务的上下文包括cpu的寄存器，内核栈等，由于1个cpu上的所有任务共享一套寄存器，所以在任务挂起的时候需要保存寄存器，当任务重新被调度执行的时候需要恢复寄存器。每种处理器都提供了硬件级别的上下文切换，比如x86架构下的TSS段，TSS段包括了一个任务执行的所需要的所有上下文，主要有：1.通用寄存器和段寄存器。2.标志寄存器EFLAGS,程序指针EIP，页表基地址寄存器CR3，任务寄存器和LDTR寄存器。3.I/O映射位图基地址和I/O位图信息。4.特权级0，1，2堆栈指针。5.链接到前一任务的链指针。所以上下文切换也很简单，直接用call或者jmp指令调度任务。同样ARM架构也有快速上下文切换技术。但是Linux为了适用更多的cpu架构没使用处理器相关的上下文切换技术，而是大部分通过软件实现。linux上下文切换就在schedule（）函数里，很多地方都会调用这个函数。scchedule函数前面大部分代码是和调度算法相关的，比如实时任务调度算法，O(1)调度算法（2.6.22版本被CFS调度算法取代），CFS调度算法等。经过前面的代码计算后找出下一个要执行的任务，然后开始执行上下文切换。先看一段linux2.6.18版本还使用O(1)调度算法的schedule函数代码：
在系统启动时，会在sched_init(void)函数中调用set_system_gate(0x80,&system_call)，设置中断向量号0x80的中断描述符：
本节我们将从linux启动的第一个进程说起，以及后面第一个进程是如何启动1号进程，然后启动2号进程。然后系统中所有的进程关系图做个简单的介绍
既然叫中断, 那我们首先就会想到这个中断是中断谁？想一想计算机最核心的部分是什么？没错， CPU， 计算机上绝大部分的计算都在CPU中完成，因此这个中断也就是中断CPU当前的运行，让CPU转而先处理这个引起中断的事件，通常来说这个中断的事件比较紧急，处理完毕后再继续执行之前被中断的task。比如，我们敲击键盘，CPU就必须立即响应这个操作，不然我们打字就全变成了慢动作～。说白了中断其实就是一种主动通知机制，如果中断源不主动通知，那想知道其发生了什么事情，只能一次次地轮询了，白白耗费CPU。
6月1号，我提交了一个linux内核中的任意递归漏洞。如果安装Ubuntu系统时选择了home目录加密的话，该漏洞即可由本地用户触发。如果想了解漏洞利用代码和短一点的漏洞报告的话，请访问https:/
这是进程在内核中的结构形式，那么内核是如何来以树形结构管理描述这些进程的呢？用来描述进程的数据结构，可以理解为进程的属性。比如进程的状态、进程的标识（PID）等，都被封装在了进程描述符 task_struct 这个数据结构中。
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