Linux中的缺页异常的处理流程

最新推荐文章于 2025-03-02 10:01:14 发布

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原文链接：http://www.cnblogs.com/gngshn/p/4651796.html

本文提供了x86和MIPS两个不同架构版本之间的对比介绍，通过图片形式展示了两者之间的区别，有助于理解不同处理器架构的特点。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

图片过长, 请右键在新标签中打开查看, 或下载查看

x86版本:

MIPS版本:

转载于:https://www.cnblogs.com/gngshn/p/4651796.html

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但是在ARM32的时候，TTBR1寄存器未使用，因为TTBR0和TTBR1寄存器只支持2G，1G，512M等，但是ARM32虚拟地址空间的划分比例为1:3，用户空间是3G，内核空间是1G，所以上述寄存器硬件限制无法满足这种通用配置，所以ARM32未使用TTBR1寄存器。为了避免在用户空间和内核空间切换时，切换页表带来的性能损耗，所以，用户空间和内核空间共用一个页表，即用户空间和内核空间具有相同的页表基地址TTBR0。对于current EL的 data abort，可以根据上图1-1中的内容，当。

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缺页处理程序//下面函数将一页内存页面映射到指定线性地址处，它返回页面的物理地址 //把一物理内存页面映射到线性地址空间指定处或者说把线性地址空间指定地址address处的页面映射到主内存区页面page上。主要工作是在相关也目录项和页表项中设置指定页面的信息。在处理缺页异常函数do_no_page中会调用这个函数。参数：address--线性地址；page--是分配的主内存区中某一页面指针 st

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<think>好的，我需要分析用户关于Linux内核缺页异常代码的请求。首先，用户希望了解缺页异常的代码实现，我需要确保回答结构清晰，分步骤讲解。用户可能有一定的操作系统基础，但可能需要具体的代码路径和关键函数说明。接下来，我需要回忆Linux内核处理缺页异常的主要流程。缺页异常通常发生在虚拟地址没有映射到物理页，或者访问权限不足时。关键处理函数是handle_mm_fault，它在arch/x86/mm/fault.c中，由do_page_fault调用。要分步骤解释，首先应该介绍缺页异常的触发条件，比如访问未分配的虚拟内存、写只读页等。然后，说明处理流程，包括检查地址有效性、查找vma、处理匿名映射和文件映射等不同情况。还要考虑用户可能对代码结构不熟悉，需要指出关键函数和文件位置，比如__handle_mm_fault、handle_pte_fault，以及处理匿名页的do_anonymous_page和文件页的do_fault。同时，提及写时复制的do_wp_page函数。需要注意权限检查和实际分配物理页面的过程，比如使用alloc_zeroed_user_highpage_movable。另外，处理过程中的mmap_sem锁和并发问题也需要简要说明。最后，确保使用正确的中文术语，避免代码格式错误，并按照系统级指令使用LaTeX行内公式，例如提到地址转换时使用$virtual\_address$。检查是否有遗漏的关键点，如用户可见层要求的真实可靠，确保引用的函数和路径准确，符合当前内核版本的情况。</think>以下是对Linux内核缺页异常处理的代码分析，按处理流程分层说明： --- ### 一、缺页异常触发条件当CPU访问虚拟地址时出现以下情况会触发缺页异常： 1. 虚拟地址未分配物理页（无有效页表项） 2. 物理页存在但权限不足（如写只读页） 3. 交换页未加载到内存（需换入） --- ### 二、关键代码路径 ```c // arch/x86/mm/fault.c void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code) -> handle_mm_fault(vma, address, flags) -> __handle_mm_fault(vma, address, flags) -> handle_pte_fault(vmf) // 分支处理 if (!vmf->pte) do_anonymous_page(vmf) // 匿名页处理 else if (vmf->flags & FAULT_FLAG_WRITE) do_wp_page(vmf) // 写时复制 else do_fault(vmf) // 文件映射处理 ``` --- ### 三、核心处理逻辑 #### 1. 匿名页缺页（do_anonymous_page） - **场景**：访问未初始化的堆/栈内存 - **步骤**： 1. 检查是否允许写操作（`VM_WRITE`标志） 2. 分配零页（`alloc_zeroed_user_highpage_movable`） 3. 建立页表项（`set_pte_at`） #### 2. 文件映射缺页（do_fault） - **场景**：访问mmap映射的文件区域 - **类型**： - `do_read_fault`：读未加载的页 - `do_cow_fault`：写私有映射触发COW - `do_shared_fault`：写共享映射 #### 3. 写时复制（do_wp_page） - **场景**：写私有只读页 - **步骤**： 1. 分配新物理页（`alloc_page_vma`） 2. 复制原页内容（`copy_user_highpage`） 3. 更新页表项为可写 --- ### 四、关键数据结构 ```c struct vm_fault { struct vm_area_struct *vma; // 对应的VMA unsigned int flags; // 错误标志 pte_t *pte; // 页表项指针 pte_t orig_pte; // 原始页表项值 }; ``` --- ### 五、权限检查机制在`handle_mm_fault`前会进行： ```c // 检查地址是否在有效VMA范围内 vma = find_vma(mm, address); if (!vma || vma->vm_start > address) goto bad_area; // 检查访问权限是否匹配 if (write_access && !(vma->vm_flags & VM_WRITE)) goto bad_area; ``` --- ### 六、性能优化措施 1. **大页处理**：尝试建立2MB/1GB大页（`transparent_hugepage`） 2. **预读机制**：文件缺页时预加载相邻页 3. **锁优化**：使用`mmap_sem`的读锁提高并发性 --- ### 七、典型调用栈示例 ``` do_page_fault __handle_mm_fault handle_pte_fault do_anonymous_page alloc_zeroed_user_highpage_movable entry = mk_pte(page, vma->vm_page_prot) set_pte_at(mm, address, pte, entry) ``` 注：代码分析基于Linux 5.x内核版本，具体实现细节会随版本演进调整。需要结合CR3寄存器内容、页表层级遍历等硬件特性综合分析。