linux - 内核、内核线程和用户线程之间的区别

Question

我不确定，如果我完全理解上述差异，所以我想自己解释一下，你可以打断我，只要我有错:“内核是创建内核线程的初始代码段。内核线程是由内核管理的进程。用户线程是进程的一部分。如果你有一个单线程进程，那么整个进程本身就是一个用户线程。用户线程进行系统调用，此系统调用由属于调用用户线程的特定内核线程提供服务。因此，对于进行系统调用的每个用户线程，内核线程是创建并在内核线程完成其工作后，它将控制权交还给用户线程，然后内核威胁被销毁。”

这样可以吗？

谢谢!

来自德国的许多问候!

Answer 1

我认为对于内核与用户而言，这不是一个很好的心智模型。我认为查看这些抽象的实现以充分理解它们很有用:

什么是内核？

内核基本上就是一 block 内存。它有足够的特权可以在其他任何东西之前加载，从而允许它设置 CPU 的中断向量。

中断控制一切，包括 I/O、定时器和虚拟内存。这意味着内核可以决定如何处理所有这些。

库也只是一 block 内存，您可以很好地将内核视为“系统调用库”等。但是因为内核代表硬件，那 block 内存是大家共享的。

内核模式与用户模式

内核模式是 CPU 的“自然”模式，没有任何限制(在 x86 CPU 上 - “ring 0”)。用户模式(在 x86 CPU 上 - “ring 3”)是指示 CPU 在使用某些指令或访问某些内存位置时触发中断。这允许内核在用户尝试访问内核内存或代表 I/O 端口的内存或硬件内存(例如 GPU 的帧缓冲区)时让 CPU 执行特定的内核代码。

进程和线程

一个进程也只是一 block 内存，由它自己的堆和库使用的内存组成，其中包括内核。

一个线程(= 一个调度单元)只是一个堆栈，它有一个内核知道并跟踪的 ID。那是线程运行时 CPU 使用的调用堆栈。用户线程有 2 个堆栈:一个用于用户模式，一个用于内核模式 - 但它们仍然具有相同的 ID。

因为内核控制定时器，所以它会设置一个定时器来关闭，例如每 1 毫秒。当计时器触发(“计时器中断”)时，CPU 运行内核为该中断设置的回调，内核可以在其中看到当前线程已经运行了一段时间并决定取消调度它并调度另一个线程.

虚拟内存上下文

“虚拟内存上下文”是指 CPU 可以访问的所有内存。这包括进程的所有内存——包括库的用户模式堆和内存、所有进程线程的用户模式调用堆栈、系统中所有线程的内核模式堆栈、内核的堆内存、I/O端口, 和硬件内存。

当中断或系统调用发生时，虚拟内存上下文不会改变，只有 CPU 标志被翻转(即从 ring 3 到 ring 0)并且 CPU 现在回到其“自然”内核模式它可以自由访问内核内存、I/O端口和硬件内存。

当创建一个新进程时，实际发生的是创建一个新线程，并分配一个新的虚拟内存上下文。因此，每个进程开始时都是单线程的。该线程稍后可以通过系统调用请求内核创建更多共享其虚拟内存上下文(=进程)的线程(=堆栈)，或者请求内核创建更多线程，每个线程都有一个新的虚拟内存上下文(=新进程) ).

内核线程

与任何其他库一样，内核可以有自己的后台线程以进行优化。当这种需要出现时(这可能发生在任何进程的内存上下文中，为系统调用提供服务)，内核将创建新线程并为它们提供一个特殊的内存上下文，这是一个只包含内核内存的上下文，没有访问任何进程的内存。