详解缺页中断-----缺页中断处理（内核、用户）【转】

转自：https://blog.csdn.net/m0_37962600/article/details/81448553

一、什么是缺页中断？

进程线性地址空间里的页面不必常驻内存，在执行一条指令时，如果发现他要访问的页没有在内存中（即存在位为0），那么停止该指令的执行，并产生一个页不存在的异常，对应的故障处理程序可通过从外存加载该页的方法来排除故障，之后，原先引起的异常的指令就可以继续执行，而不再产生异常。

二、页面调度算法

将新页面调入内存时，如果内存中所有的物理页都已经分配出去，就按照某种策略来废弃整个页面，将其所占据的物理页释放出来；

三、查看进程发生缺页中断的次数

ps -o majflt,minflt -C program查看

majflt和minflt表示一个进程自启动以来所发生的缺页中断的次数；

四、产生缺页中断的几种情况

1、当内存管理单元（MMU）中确实没有创建虚拟物理页映射关系，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，这很可能是缺页中断，并且可能是栈溢出导致的缺页中断；

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，将和2产生缺页中断的情况一样；若先进行读操作虽然也会产生缺页异常，将被映射给默认的零页，等再进行写操作时，仍会产生缺页中断，这次必须分配1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，导致缺页中断的写时复制；

五、缺页中断的处理

缺页中断处理函数为arch/arm/mm/fault.c文件中的do_page_fault函数

1、当前执行流程在内核态时

 

 

 

（1）通过mm是否存在判断是否是内核线程，对于内核线程，进程描述符的mm总为NULL，一旦成立，说明是在内核态中发生的异常，跳到no_context

if (in_atomic() || !mm)

goto no_context;

如果当前执行流程在内核态，不论是在临界区还是内核进程本身（内核的mm为NULL），说明在内核态出了问题，跳到标号no_context进入内核态异常处理，由函数_do_kernel_fault完成；

（2）

 

 

 

 

这个函数首先尽可能的设法解决这个异常，通过查找异常表中和目前的异常对应的解决办法并调用执行；如果无法通过异常表解决，那么内核就要在打印其页表等内容后退出；

 

 

 

（2）用户进程的缺页中断

对于用户空间的缺页中断，则会调用函数_do_page_fault.

首先从CPU的控制寄存器CR2中读出出错的地址address，然后调用find_vma(),在进程的虚拟地址空间中找出结束地址大于address的第一个区间，如果找不到的话，则说明中断是由地址越界引起的，转到bad_area执行相关错误处理；

确定并非地址越界后，控制转向标号good_area。在这里，代码首先对页面进行例行权限检查，比如当前的操作是否违反该页面的Read,Write,Exec权限等。如果通过检查，则进入虚拟管理例程handle_mm_fault().否则，将与地址越界一样，转到bad_area继续处理。

handle_mm_fault()用于实现页面分配与交换，它分为两个步骤：首先，如果页表不存在或被交换出，则要首先分配页面给页表；然后才真正实施页面的分配，并在页表上做记录。具体如何分配这个页框是通过调用handle_pte_fault()完成的。

handle_pte_fault()函数根据页表项pte所描述的物理页框是否在物理内存中，分为两大类：

（1）请求调页：被访问的页框不在主存中，那么此时必须分配一个页框，分为线性映射、非线性映射、swap情况下映射

（2）写实复制：被访问的页存在，但是该页是只读的，内核需要对该页进行写操作，此时内核将这个已存在的只读页中的数据复制到一个新的页框中

handle_pte_fault()调用pte_non()检查表项是否为空，即全为0；如果为空就说明映射尚未建立，此时调用do_no_page()来建立内存页面与交换文件的映射；反之，如果表项非空，说明页面已经映射，只要调用do_swap_page()将其换入内存即可；

参考博客：https://blog.csdn.net/u010246947/article/details/10431149

http://www.360doc.com/content/11/0721/17/6580811_135034260.shtml
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