9.8 段错误,虚拟内存,内存映射 CSAPP

相信写代码的或多或少都会遇到段错误,segmentation fault. 今天终于看到这里面的底层原理

参考:

https://greenhathg.github.io/2022/05/18/CMU213-CSAPP-Virtual-Memory-Systems/18-Virtual-Memory-SystemsSimple memory system exampleAddress Translation Example #1 PPN实际不存在页表中 MMU做的第一件事是检查TLB,将VA中的VPN的TLBI(0x3)和TLBT(0x03)提取出来。所以会去查set3找到tag为3的line,找到对应的line并且valid为1,TLB将PPN(0D)返https://greenhathg.github.io/2022/05/18/CMU213-CSAPP-Virtual-Memory-Systems/

MMU接受到虚拟地址时候,触发缺页,异常会导致控制转移到内核的缺页处理程序,这个程序指向的步骤是:

- 这个虚拟地址VA合法吗?换句话说,这个地址在某个区域的区域内吗,为了回答这个问题,缺页处理程序会搜索区域结构的链表,把这个虚拟地址和区域结构的vm-start, vm-end比较,如果不合法,那么缺页处理程序就会触发一个段错误,从而终止这个进程。

- 试图进行的内存访问是否合法?换句话说,进程是否有读,写,执行这个区域内页面的权限?比如权限是只读的,你要进行写操作,或者用户模式进程要访问内核虚拟内存,这种情况会触发保护异常(没有权限)

- 正常缺页,这个缺页异常处理程序会选择一个牺牲也,交换页,调入新的页面,更新页表,使得MMU可以进行地址翻译

 这里不存在的页面是什么概念,就是unallocated的虚拟地址中的页面

内存映射

脑海里有这么一个图,有一列是disk, 有一列是物理内存,有一列是虚拟内存,彼此有一个映射关系,要么映射文件,要么映射匿名文件(全为0), CPU请求内核创建的二进制零页,实际上没有数据传送,

共享对象,每个共享对象都有独一无二的名字,因此内核可以全局地看到各个进程对该共享对象的映射情况,比如进程1已经映射到某个物理空间上,那么进程2的页表PTE直接指向相应的物理页面。因此共享对象在物理内存中只有一份,它们在不同的进程中可以有不同的虚拟内存地址

私有对象,通过 写时复制(copy on write)技术,来尽量节省物理内存。一开始,物理内存只有一份,每个进程的虚拟内存的页表条目会标记为只读,带标记私有的写时复制。大家都没有进行写操作,那么就一份物理内存就够了,一旦某个进程对这个区域进行写操作,就会触发保护故障,故障处理程序会在物理内存中创建这个页面的一个新副本,执行写操作,更新进程1的虚拟内存页表条目指向这个新的页表副本。原则是不到万不得已就不复制物理内存上的副本。

 理解了私有对象如何映射到虚拟内存时,再来看看操作系统的fork函数,就很好理解了。原进程是进程1,有自己的虚拟内存,fork的时候,传教了一个新进程(新pid=2), 进程2直接复制进程1的mm_struct, vm_area_struct, page_table,然后两个进程的每个页面都标记为只读,并把区域结构vm_area都标记为私有写时复制COW。一旦这其中任意一个进程进行写操作,写时复制就会创建新的物理页面,因此也就为每个进程保持了私有地址空间的抽象概念。

 本质是copy延迟了,只有写时才复制。

再来看看execve函数,理解如何加载和执行函数。(filename, argvs, envp)

执行一个文件需要什么:

​​​​​​​

- binary file

- argements

- env_path : to find libraries

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转载自blog.csdn.net/Chunying27/article/details/128084085
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