page fault

标签：and   来源   swap   developer   内存   dem   width   height   内存区域   

当我们向操作系统申请内存时，操作系统并不是直接分配给我们物理内存，而是只标记当前进程拥有该段内存，当真正使用这段段内存时才会分配。

这种延迟分配物理内存的方式就通过page fault机制来实现的。

当我们访问一个内存地址时，

1.如果该地址非法（访问系统为进程分配的地址空间之外的物理内存），或者我们对其没有访问权限；

2.

如果地址合法，权限也正确，那么还得分两种情况来讨论。第一种情况是PTE不存在，这会出现在：

• 对于anonymous page，用户空间使用malloc()进行内存申请时（对应底层的实现是mmap或者brk），内核并不会立刻为其分配物理内存，而只是为请求的进程的rbtree管理的vma信息中记录（添加或更改）诸如内存范围和标志之类的信息。

只有当内存被真正使用，触发page fault，才会真正分配物理页面和对应的页表项，即demand alloction，对应的函数实现是do_anonymous_page()。通过mmap映射建立的heap和stack等内存区域，在初始未使用时，也适用于这样的规则。

• 对于page cache， 在发生内存回收后，部分text(code)段的页面会被discard，部分data段的页面会被writeback，之后再次访问这些页面，也将出现page fault。此时，需要从外部存储介质中，将页面内容调回内存，即demand paging，对应的函数实现是do_fault()。

图片来源于http://jake.dothome.co.kr/wp-content/uploads/2017/01/do_fault-1.png

第二种情况是PTE存在，但其中的"P(resent)"位为0，说明这是一个之前被swap out出去的anonymous page。现在PTE里存储的不是物理页面的编号PPN，而是外部swap area中slot的编号swp_entry_t，需要通过do_swap_page()，执行swap in操作将页面的内容拷贝回内存。

/* orig_pte是指发生page fault时的PTE */
if (!pte_present(vmf->orig_pte))
    return do_swap_page(vmf);

发生page fault时，如果目标页面驻留在外部存储器，那么需要开销较大的I/O操作，这种page fault被称为"major"的。而如果目标页面就在内存中（比如swap cache），只是缺少一个对该页面的引用而已，这种page fault不需要重新分配内存页面，代价较小，因此被称为"minor"的。

Linux进程如何访问内存

        Linux下，进程并不是直接访问物理内存，而是通过内存管理单元(MMU)来访问内存资源，原因后面会讲到。

为什么需要虚拟内存地址空间

       假设某个进程需要4MB的空间，内存假设是1MB的，如果进程直接使用物理地址，这个进程会因为内存不足跑不起来。既然进程不是直接访问物理内存，那么进程中涉及的内存地址当然也不是物理内存地址。而是虚拟的内存地址，虚拟的内存地址和物理的内存地址之间保持一种映射关系，这种关系由MMU进行管理。每个进程都有自己独立的虚拟地址空间。

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/66046257

https://cloud.tencent.com/developer/article/1459526

page fault

标签：and   来源   swap   developer   内存   dem   width   height   内存区域   

原文地址：https://www.cnblogs.com/0patrick/p/14139463.html