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尹相铉:用户空间和内核空间是什么?

尹相铉:用户空间和内核空间是什么?

  来源:阮一峰的网络日志 | 作者:阮一峰

  学习 Linux 时,经常可以看到两个词:User space(用户空间)和 Kernel space(内核空间)。

  简单说,Kernel space 是 Linux 内核的运行空间,User space 是用户程序的运行空间。为了安全,它们是隔离的,即使用户的程序崩溃了,内核也不受影响。

  涛声依旧注:虚拟内存被操作系统划分成两块:内核空间和用户空间,内核空间是内核代码运行的地方,用户空间是用户程序代码运行的地方。当进程运行在内核空间时就处于内核态,当进程运行在用户空间时就处于用户态。

  Kernel space 可以执行任意命令,调用系统的一切资源;User space 只能执行简单的运算,不能直接调用系统资源,必须通过系统接口(又称 system call),才能向内核发出指令。

  涛声依旧注:通过系统接口,进程可以从用户空间切换到内核空间。

  上面代码中,第一行和第二行都是简单的赋值运算,在 User space 执行。第三行需要写入文件,就要切换到 Kernel space,因为用户不能直接写文件,必须通过内核安排。第四行又是赋值运算,就切换回 User space。

  查看 CPU 时间在 User space 与 Kernel Space 之间的分配情况,可以使用top命令。它的第三行输出就是 CPU 时间分配统计。

  这一行有 8 项统计指标。

  其中,第一项24.8 us(user 的缩写)就是 CPU 消耗在 User space 的时间百分比,第二项0.5 sy(system 的缩写)是消耗在 Kernel space 的时间百分比。

  随便也说一下其他 6 个指标的含义。

  ni:niceness 的缩写,CPU 消耗在 nice 进程(低优先级)的时间百分比

  id:idle 的缩写,CPU 消耗在闲置进程的时间百分比,这个值越低,表示 CPU 越忙

  wa:wait 的缩写,CPU 等待外部 I/O 的时间百分比,这段时间 CPU 不能干其他事,但是也没有执行运算,这个值太高就说明外部设备有问题

  hi:hardware interrupt 的缩写,CPU 响应硬件中断请求的时间百分比

  si:software interrupt 的缩写,CPU 响应软件中断请求的时间百分比

  st:stole time 的缩写,该项指标只对虚拟机有效,表示分配给当前虚拟机的 CPU 时间之中,被同一台物理机上的其他虚拟机偷走的时间百分比

  如果想查看单个程序的耗时,一般使用time命令。

  程序名之前加上time命令,会在程序执行完毕以后,默认显示三行统计。

  real:程序从开始运行到结束的全部时间,这是用户能感知到的时间,包括 CPU 切换去执行其他任务的时间。

  user:程序在 User space 执行的时间

  sys:程序在 Kernel space 执行的时间

  user和sys之和,一般情况下,应该小于real。但如果是多核 CPU,这两个指标反映的是所有 CPU 的总耗时,所以它们之和可能大于real。

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尹相铉:用户空间和内核空间是什么?