Linux栈的使用

      以前我在看关于Linux原理的内容的时候，总遇到什么内核栈、用户栈。今天单独的看了一下Linux中栈的使用，在这里作一下总结。

一、linux中的堆栈

      Linux0.11核中总共涉及到了四种栈：系统引导时候的临时栈；内核初始化使用的栈；内核态栈；用户态栈。

1）  系统引导时候的临时栈

在boosetct中，当它把自身移动到0x90000处时候，就会设置临时栈，以0x90000为段地址，0xff00为偏移地址。

Setup中也沿用了这个栈，作为系统引导的临时栈。

2） 内核初始化使用的栈

在进入保护模式执行head的时候，栈的段地址设置在内核的数据段地址处（此时ss中保存的不再是具体的基地址了，而是堆栈段选择符，当然也是数据段的选择符），栈顶指针指向user_stack数组顶端，保留一页内存作为堆栈。

在进入main进行系统初始化的时候，沿用head中设置的栈，但在move_to_user_mode()之后，代码的执行切换到了任务0，在任务0中用创建了任务1，任务1使用的是自己栈（在任务1的task_struct中的tss中指出）。而任务0仍然使用之前使用的栈作为它的用户栈。

3）  用户态栈

当用户进程在运行的时候，会涉及到过程调用等栈操作，此时它用的是用户栈，用户栈的基地址是任务的数据段基地址，栈顶指针在靠近线性地址空间的顶端处（只是靠近顶端，最顶端存放的是命令行参数和环境变量）。它使用的实际物理页是在“写时复制”时分配的得到的。

4）  核心态栈

当用户进程执行内核代码的时候，例如系统调用，就会使用核心态栈，每个任务都有自己的核心态栈，它的物理位置处在此任务的task_struct所在页中，具体的基地址和栈顶指针由tss中的ss0和esp0指定。

二、用户态栈和内核态栈的切换

执行任务切换的时候，毫无疑问会发生栈的切换，它使用的堆栈会发生变化，它的切换是两个任务的用户栈间的切换，是通过TSS完成的；而当CPU的特权级发生变化的时候，它使用的堆栈也会发生变化，而这时的切换是同一任务的用户栈和核心栈的切换。下面我就说一下用户态栈和核心态栈的切换的大致过程。

在0.11核中所有的中断都属于内核代码，所以如果一个中断产生时，任务正运行用户代码，也就是运行在用户态，那么就会引起任务从用户态（特权级3）向内核态（特权级0）的转变，此时就会发生从用户态栈到核心态栈的切换。CPU先从task_struct中的TSS中获得内核态栈的地址，然后把用户态栈的段地址、栈顶指针压入核心态栈，随后再把eflags、es、ip也压入堆栈。接着执行中断处理程序，此时使用的是内核态栈。执行完中断处理程序返回的时候，iret会返回到用户模式，恢复用户栈和eflags。这样就又使用用户栈。

注释：如果处在内核态，中断的时候，cpu并不进行ss、esp的栈操作。

三、任务0中的栈切换

    在内核初时话过程中，会将代码的执行交给任务0（move_to_user_mode），任务0的内核栈在它自己的任务数据结构所在页面的末端，而任务0的用户栈是之前CPU进入保护模式时候用的栈，即usr_stack[]，把它设置为任务0的用户栈是利用手工设置的：当执行iret的时候，如果发生了特权级的变化，iret还要把栈中的栈基址和栈顶指针也同时恢复，那么在move_to_user_mode()中，LINUX手工地把任务0的用户栈的基址和栈顶指针压入堆栈，同时把任务0的eflag、cs、ip压入堆栈，注意此时压入的SS，CS虽然也指向模式转换之前的段，但是它门包括了特权级的信息，所以当cs出栈的时候，发现它的特权级（3）与现在的（0）不同，而且低于现在的，所以就会还会再把新栈的SS和esp出来。这样代码的执行就交给了处在用户模式下的任务0，在任务0中再创建任务1．．．．．．．