缺页异常

 页式管理机制通过页面目录，页面表，将每一个线性地址（虚拟地址）转换成物理地址，但并不是每一次CPU都能访问到相应的物理内存单元，因此这样映射便失败了，会产生缺页异常；

页错误，又叫页缺失，计算机系统术语，是指在引入分页机制的操作系统中，一个进程的代码和数据被放置在一个虚拟的地址空间中，地址空间按固定长度划分为好多页。同时，物理内存也按固定长度划分为好多帧。

因为 物理内存小而 硬盘空间大，为了在内存里放置更多的 进程， 操作系统的设计者们决定把页映射到内存帧或硬盘上的 虚拟内存文件中。

进程的可视范围是它自己的 地址空间，它并不知道某一页映射到内存里还是 硬盘上，进程只管自己运行。当 进程需要访问某一页时， 操作系统通过查看分页表，得知被请求的页在内存里还是 硬盘里。若在内存里，则进行地址翻译；若在 硬盘里，则发生 页缺失。 操作系统立即阻塞该 进程，将 硬盘里对应的页换入内存，然后使该进程就绪（可以继续运行）。

首先明确下什么是缺页异常，CPU通过地址总线可以访问连接在地址总线上的所有外设，包括物理内存、IO设备等等，但从CPU发出的访问地址并非是这些外设在地址总线上的物理地址，而是一个虚拟地址，由MMU将虚拟地址转换成物理地址再从地址总线上发出，MMU上的这种虚拟地址和物理地址的转换关系是需要创建的，并且MMU还可以设置这个物理页是否可以进行写操作，当没有创建一个虚拟地址到物理地址的映射，或者创建了这样的映射，但那个物理页不可写的时候，MMU将会通知CPU产生了一个缺页异常。

下面总结下缺页异常的几种情况：

1、当MMU中确实没有创建虚拟页物理页映射关系，并且在该虚拟地址之后再没有当前进程的线性区vma的时候，可以肯定这是一个编码错误，这将杀掉该进程；

2、当MMU中确实没有创建虚拟页物理页映射关系，并且在该虚拟地址之后存在当前进程的线性区vma的时候，这很可能是缺页异常，并且可能是栈溢出导致的缺页异常；

3、当使用malloc/mmap等希望访问物理空间的库函数/系统调用后，由于linux并未真正给新创建的vma映射物理页，此时若先进行写操作，将如上面的2的情况产生缺页异常，若先进行读操作虽也会产生缺页异常，将被映射给默认的零页(zero_pfn)，等再进行写操作时，仍会产生缺页异常，这次必须分配物理页了，进入写时复制的流程；

4、当使用fork等系统调用创建子进程时，子进程不论有无自己的vma，“它的”vma都有对于物理页的映射，但它们共同映射的这些物理页属性为只读，即linux并未给子进程真正分配物理页，当父子进程任何一方要写相应物理页时，导致缺页异常的写时复制；

目前来看，应该就是这四种情况，还是比较清晰的，可发现一个重要规律就是，linux是直到实在不行的时候才会分配物理页