一、ARM64 架構地址空間的「黃金分割」
ARM64（ARMv8-A）采用?48 位虛擬地址（Linux 默認配置），總空間為?256TB，分為高低兩個 128TB 區域：
1.?地址空間整體布局
虛擬地址空間（48位，256TB）
┌───────────────────────────────────────┐
│ 用戶空間（低128TB） │
│ 0x000000000000 ~ 0x000FFFFFFFFF │ （低地址段，用戶進程使用）
├───────────────────────────────────────┤
│ 保留隔離區 │
│ 0x010000000000 ~ 0xFFFFEFFFFFFFFFFF │ （未使用，防止地址越界）
├───────────────────────────────────────┤
│ 內核空間（高128TB） │
│ 0xFFFF00000000 ~ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF │ （高地址段，內核專屬空間）
└───────────────────────────────────────┘2.?核心劃分依據
- 分界線：
0xFFFF00000000（由內核配置CONFIG_ARM64_PAGE_OFFSET決定） - 用戶空間：低 128TB，地址最高位為?
0b00...（前 16 位為 0） - 內核空間：高 128TB，地址最高位為?
0b111111...（前 16 位為全 1）
二、圖形化對比：用戶空間 vs 內核空間?
1.?地址范圍與用途對比圖?
虛擬地址空間（ARM64, 48位）
低地址───────────────────────────────────────高地址
┌───────────────────────────────────────┐
│ 用戶空間（128TB） │
│ ╔══════════════════════════════════╗ │
│ ║ 進程A的代碼/數據/堆/棧 ║ │
│ ║ 進程B的代碼/數據/堆/棧 ║ │
│ ║ ... ║ │
│ ╚══════════════════════════════════╝ │
│ │
├───────────────────────────────────────┤
│ 內核空間（128TB） │
│ ╔══════════════════════════════════╗ │
│ ║ 內核代碼（.text/.data） ║ │
│ ║ 物理內存映射（memmap） ║ │
│ ║ 設備寄存器映射（ioremap） ║ │
│ ║ 動態分配內存（vmalloc） ║ │
│ ║ 全局內核數據（如task_struct） ║ │
│ ╚══════════════════════════════════╝ │
└───────────────────────────────────────┘2.?關鍵差異點對比表
| 特征 | 用戶空間地址 | 內核空間地址 |
|---|---|---|
| 地址范圍 | 0x000000000000 ~ 0x000FFFFFFFFF | 0xFFFF00000000 ~ 0xFFFFFFFFFFFFFFFF |
| 最高位標志 | 前 16 位為0b00...（低地址段） | 前 16 位為0b111111...（高地址段） |
| 訪問權限 | 用戶態受限（僅本進程可訪問） | 內核態全權限（所有進程共享） |
| 頁表機制 | 每個進程獨立頁表（地址隔離） | 全局頁表（所有進程共享同一映射） |
| 特權標志 | 頁表項設置PXN=1（用戶態禁止執行） | 頁表項設置PXN=0（內核態允許執行） |
| 典型場景 | 存儲用戶程序、堆、棧、動態庫 | 存儲內核代碼、設備驅動、物理內存映射 |
三、技術實現：ARM64 如何隔離兩個空間？
1.?頁表項中的「權限開關」
ARM64 通過?頁表項（PTE）標志位?控制訪問權限，核心標志：
PXN（Permission Execute Never）：- 用戶空間頁表項：
PXN=1?→ 用戶態下禁止執行該頁的代碼（防惡意代碼注入）。 - 內核空間頁表項：
PXN=0?→ 內核態下允許執行（如內核函數調用）。
- 用戶空間頁表項：
UXN（User Execute Never）：- 用戶空間數據頁：
UXN=1?→ 用戶態下禁止執行數據頁（防棧溢出攻擊）。
- 用戶空間數據頁：
graph TD
A[用戶態程序訪問地址] --> B{地址 < 0xFFFF00000000 ?}
B -->|是| C[查詢用戶進程頁表]
C --> D{頁表項PXN=1 ?}
D -->|是| E[允許訪問（用戶空間數據/代碼）]
D -->|否| F[觸發頁錯誤（用戶態禁止執行）]
B -->|否| G[觸發頁錯誤（用戶態禁止訪問內核空間）]H[內核態程序訪問地址] --> I{地址 >= 0xFFFF00000000 ?}
I -->|是| J[查詢全局內核頁表]
J --> K[允許訪問（內核態無PXN限制）]
I -->|否| L[查詢用戶進程頁表（需通過copy_from_user）]3.?實戰代碼：判斷地址所屬空間
// ARM64內核空間起始地址（Linux默認）
#define KERNEL_SPACE_START 0xFFFF00000000ULLbool is_kernel_address(unsigned long addr) {// 檢查地址是否位于高128TB（內核空間）return (addr & 0xFF0000000000ULL) == 0xFF0000000000ULL;
}// 示例：
unsigned long user_addr = 0x12345678ABCDULL; // 低地址，用戶空間
unsigned long kernel_addr = 0xFFFF12345678ABCDULL; // 高地址，內核空間printf("user_addr屬于%s空間\n", is_kernel_address(user_addr) ? "內核" : "用戶");
// 輸出：user_addr屬于用戶空間四、64 位 vs 32 位 ARM 地址空間對比?
| 特征 | ARM64（48 位） | ARM32（32 位，3:1 劃分） |
|---|---|---|
| 總空間 | 256TB | 4GB |
| 用戶空間 | 低 128TB（0x000... ~ 0x00F...） | 低 3GB（0x00000000 ~ 0xBFFFFFFF） |
| 內核空間 | 高 128TB（0xFFF... ~ 0xFFFF...） | 高 1GB（0xC0000000 ~ 0xFFFFFFFF） |
| 地址標志 | 最高 16 位全 1（內核）/ 全 0（用戶） | 最高 2 位為 11（內核，如 0xC0000000） |
| 隔離方式 | 物理地址標簽 + PXN/UXN 硬件保護 | 軟件頁表權限 + PAGE_OFFSET 劃分 |
五、典型場景：進程切換時的地址空間變化?
當用戶態進程通過?syscall?進入內核時：
- 地址切換：
- 用戶態棧地址（如
0x0000...）→ 內核態棧地址（如0xFFFF...）。
- 用戶態棧地址（如
- 權限升級：
- CPU 從?EL0（用戶態）?切換到?EL1（內核態），解除 PXN/UXN 限制。
- 頁表共享：
- 用戶空間頁表繼續使用，但內核空間通過全局頁表訪問高地址段。
總結：3 步快速區分 ARM64 地址空間
- 看最高位：前 16 位是否為?
0b111111...（內核空間）或?0b00...（用戶空間）。 - 查訪問權限：用戶態程序能否直接訪問（能→用戶空間，否則→內核空間）。
- 看上下文：代碼是否運行在內核態（如中斷處理、系統調用），若是則為內核空間地址。
通過這種「地址范圍 + 硬件權限 + 執行環境」的三重判斷，就能準確區分 ARM64 架構下的用戶空間與內核空間地址。
