内核空间与用户空间

内核空间与用户空间

 

一个计算机通常有一定大小的内存空间，如使用的计算机是4GB 的地址空间，但是

程序并不能完全使用这些地址空间，因为这些地址空间被划分为内核空间和用户空间。程

序只能使用用户空间的内存，这里所说的使用是指程序能够申请的内存空间，并不是程序

真正访问的地址空间。

 

内核空间主要是指操作系统运行时所使用的用于程序调度、虚拟内存的使用或者连接

硬件资源等的程序逻辑。为何需要内存空间和用户空间的划分呢？很显然和前面所说的每

个进程都独立使用属于自己的内存一样，为了保证操作系统的稳定性，运行在操作系统中

的用户程序不能访问操作系统所使用的内存空间。这也是从安全性上考虑的，如访问硬件

资源只能由操作系统来发起，用户程序不允许直接访问硬件资源。如果用户程序需要访问

硬件资源，如网络连接等，可以调用操作系统提供的接口来实现，这个调用接口的过程也

就是系统调用。每一次系统调用都会存在两个内存空间的切换，通常的网络传输也是一次

系统调用，通过网络传输的数据先是从内核空间接收到远程主机的数据，然后再从内核空

间复制到用户空间，供用户程序使用。这种从内核空间到用户空间的数据复制很费时，虽

然保住了程序运行的安全性和稳定性，但是也牺牲了一部分效率。但是现在已经出现了很

多其他技术能够减少这种从内核空间到用户空间的数据复制的方式，如Linux 系统提供了

sendfile 文件传输方式。

 

内核空间和用户空间的大小如何分配也是一个问题，是更多地分配给用户空间供用户

程序使用，还是首先保住内核有足够的空间来运行，这要平衡一下。如果是一台登录服务

器，很显然，要分配更多的内核空间，因为每一个登录用户操作系统都会初始化一个用户

进程，这个进程大部分都在内核空间里运行。在当前的Windows 32 位操作系统中默认内

核空间和用户空间的比例是1:1（2GB 的内核空间，2GB 的用户空间），而在32 位Linux

系统中默认的比例是1:3（1GB 的内核空间，3GB 的用户空间）。