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  • 心中的内核——在阅读内核代码之前先理解内核 专栏说明
  • 01 内核不是进程,而是系统
  • 02 为进程服务:内核的首要职责
  • 03 代码之前的概念图
  • 04 作为分层系统的内核:虚拟、映射、隔离、控制
  • 05 单体形式,协同行为:真正的内核模型
  • 06 内核对象揭示设计——函数仅执行设计
  • 07 无冲突的代码——内核如何在并发风暴中保持安全
  • 08 间接的力量——一个内核如何为所有进程服务
  • 09 内核的设备模型:硬件如何成为/dev
  • 10 内核如何看待内存:不是映射,而是责任
  • 11 内存不是一个地方,而是一个系统
  • 12 内核始终存在——你知道它在哪里吗?
  • 13 不只是代码执行:内核实际执行的内容
  • 14 boot结束之处:内核开始之处
  • 15 从vmlinuz到eBPF:Linux内核内部实际运行的内容
  • 16 无状态CPU,有状态内核:执行如何被协调
  • 17 内核构建的内容——逐层构建
  • 18 内核执行路径:在哪里运行,以及为何重要
  • 19 追踪执行的模板
  • 20 中断不是干扰,而是设计
  • 21 执行是逻辑的,位置是物理的
  • 22 不仅仅是一段代码:每个内核路径内部的过程
  • 23 内核如何自我通信——内部通信工具
  • 24 内核模块仅通过导出符号相互认知
  • 25 搭建组件之间的桥梁
  • 26 libc之外:用户空间与内核的真实通信方式
  • 27 CPU不移动数据——但没有CPU,什么都无法移动
  • 28 时间与精度:内核眼中的CPU执行
  • 29 内核在虚拟化中的角色:理解KVM
  • 30 两个世界,一个CPU:虚拟化中的root操作和非root操作
  • 31 内核与VirtIO:无需模拟的网络驱动程序
  • 32 一切仍由操作系统掌控
  • 33 对齐即理解
  • 34 如果内核不是由 Linus 创建和维护,会怎样?
  • 35 配置并非定制,而是内核的身份标识
  • 36 内存生命周期与塑造它的角色
  • 37 中断如何在不变中演变
  • 38 并发之外的同步机制
  • 39 这从不关乎炒作,始终关乎硬件
  • 40 从意图到I/O:内核如何看待文件、磁盘和设备
  • 41 心中的内核——效率至上而非历史遗留原因:为什么内核仍用C语言开发

13 不只是代码执行:内核实际执行的内容

# 13 不只是代码执行:内核实际执行的内容

Linux 内核不仅仅是执行代码,它还控制代码被允许做什么、何时做以及由谁来做。这种控制并非是建议性的或外部分层的,而是在权限与动作交汇的时刻直接执行。

当发出系统调用时,内核会根据目标资源的权限检查进程的凭据(其 UID、GID、补充组和能力)。这些检查决定是否允许访问。没有它们,用户之间以及用户空间和系统之间就没有界限。

但仅有权限是不够的。内核还定义了进程可以看到什么。通过使用命名空间(namespaces),它重新映射每个进程对 PID、挂载点和网络接口的视图。这种隔离使进程甚至无法知道其他资源的存在。没有它,权限检查就失去了意义。

即使进程能够看到某个资源,也不意味着它能够控制该资源。

特权执行确保影响系统状态的操作(如配置网络设备或加载模块)仅允许从正确的特权级别执行。用户模式和内核模式之间的转换在运行时会被严格验证。

为了避免“全有或全无”的 root 访问,Linux 应用了能力(capabilities)机制。内核并非通过 UID 0 授予完全控制权,而是按进程强制实施范围狭窄的权利(例如用于网络的 CAP_NET_ADMIN 或用于调试的 CAP_SYS_PTRACE)。在敏感操作期间会直接检查这些能力。

并非所有动作在所有上下文中都有效。系统调用内的代码可能会阻塞或分配内存,而中断内的代码则不能。内核持续跟踪此执行上下文,并执行安全操作。没有外部逻辑能够可靠地做出此决定。

策略执行增加了另一个维度。seccomp 过滤系统调用,SELinux 和 AppArmor 等 LSM(Linux 安全模块)应用强制访问规则,Cgroups 控制 CPU、内存和设备使用。这些控制直接集成到系统调用路径、调度器和资源记账中。

在虚拟化环境中,内核(或其支持的虚拟机管理程序)仲裁客户操作系统的访问。特权指令和硬件 I/O 会被捕获和模拟。没有这一点,客户机可能会危及主机。虚拟化执行保护的是整个系统,而不仅仅是进程。

这些机制并非独立运作。能力与 LSM 协同工作,命名空间限制可见性,而 Cgroups 限制使用。即使权限允许,上下文也会阻止不安全的动作;即使合法,策略规则也会拒绝危险行为。

它们共同阻止未授权访问、意外披露、特权升级、不稳定执行和跨虚拟机妥协。内核集成并执行这些机制,并非因为它优雅,而是因为它是唯一具有全面可见性和权威性的层。每个动作都流经它,控制必须存在于那里。

上次更新: 2025/06/17, 19:51:40
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