2.4 linux存儲管理-越界通路

當我們通過頁式存儲管理機制将線性位址轉換成實體位址時，如果這個過程由于遇到某種阻礙而使得CPU無法通路到相應的實體單元，映射便失敗了。 映射失敗時，CPU會觸發一種異常，這種異常稱之為 缺頁異常（page fault exception），進而執行頁面異常處理程式。 失敗的原因： 1）虛拟、實體映射尚未建立 2）實體頁面被swap off 3）通路權限不對應（想要寫隻讀權限記憶體） 可能還有别的原因

CPU在發生頁面異常時，會觸發page_fault_exception處理，最後執行do_page_fault()  do_page_fault的部分代碼（開頭）：

 
 106 asmlinkage void do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code)            
      
 107 {            
      
 108 struct task_struct *tsk;            
      
 109 struct mm_struct *mm;            
      
 110 struct vm_area_struct * vma;            
      
 111 unsigned long address;            
      
 112 unsigned long page;            
      
 113 unsigned long fixup;            
      
 114 int write;            
      
 115 siginfo_t info;            
      
 116            
      
 117 /* get the address */            
      
 118 __asm__("movl %%cr2,%0":"=r" (address));            
      
 119            
      
 120 tsk = current;            
      
 121            
      
 122 /*            
      
 123 * We fault-in kernel-space virtual memory on-demand. The            
      
 124 * 'reference' page table is init_mm.pgd.            
      
 58            
      
 125 *            
      
 126 * NOTE! We MUST NOT take any locks for this case. We may            
      
 127 * be in an interrupt or a critical region, and should            
      
 128 * only copy the information from the master page table,            
      
 129 * nothing more.            
      
 130 */            
      
 131 if (address >= TASK_SIZE)            
      
 132 goto vmalloc_fault;            
      
 133            
      
 134 mm = tsk->mm;            
      
 135 info.si_code = SEGV_MAPERR;            
      
 136            
      
 137 /*            
      
 138 * If we're in an interrupt or have no user            
      
 139 * context, we must not take the fault..            
      
 140 */            
      
 141 if (in_interrupt() || !mm)            
      
 142 goto no_context;            
      
 143            
      
 144 down(&mm->mmap_sem);            
      
 145            
      
 146 vma = find_vma(mm, address);            
      
 147 if (!vma)            
      
 148 goto bad_area;            
      
 149 if (vma->vm_start <= address)            
      
 150 goto good_area;            
      
 151 if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))            
      
 152 goto bad_area;            
     
    

（參見  arch/i386/mm/fault.c） 代碼說明：

1. 擷取産生缺頁異常的虛拟位址（線性位址）。産生缺頁異常的虛拟位址被儲存在CR2寄存器中，由于c語言無法讀取CR2寄存器，需要 使用gcc内嵌 彙編實作。 2.  核心中斷/異常機制還會傳回兩個參數：struct pt_regs *regs, unsigned long error_code， regs指向寄存器的副本（儲存“現場”），error_code指明映射失敗的原因。 3.  核心中 可以使用current（宏）取得目前程序的task結構體 ，然後我們可以擷取目前程序的mm_struct（儲存虛存管理和映射相關資訊），CPU的映射過程不影響mm_struct結構，但是mm_struct描述了這種映射。 4. 程序出錯： find_vma傳回尋找到的第一個 末尾位址大于address的vma ，根據傳回的vma結果進一步判斷錯誤原因。

4.1 第一種  goto bad_area：沒有找到合适的vma，說明address過大，通路的位址屬于系統空間

4.2  goto good_area：說明找到合适vma，映射已經建立，原因需要進一步查找

除了前面兩種情況，還有可能落在vma之間的洞裡面 4.3   第一種空洞：堆棧區下面的大空洞 堆棧區的vma的vm_flags有VM_GROWSDOWN這個标志位 （這種情況的處理，也是goto good_area，裡面會進一步判斷） 4.4 第二種空洞：vma之間的小空洞

        5. 出錯特殊情況

             中斷處理程式出錯（程式能夠檢測）：

            若in_interrupt()傳回非0，說明中斷處理程式出錯

             mm_struct為空（程式不能檢測出）：

因為mm_struct為空，說明程序的映射尚未建立，因而不可能與目前程序有關，而 in_interrupt()又傳回0，說明中斷異常進行中出錯，不過該錯誤 in_interrupt()無法檢測出來

do_page_fault的部分代碼（bad_area處理）：

 
 220 /*            
      
 221 * Something tried to access memory that isn't in our memory map..            
      
 222 * Fix it, but check if it's kernel or user first..            
      
 223 */            
      
 224 bad_area:            
      
 225 up(&mm->mmap_sem);            
      
 226            
      
 227 bad_area_nosemaphore:            
      
 228 /* User mode accesses just cause a SIGSEGV */            
      
 229 if (error_code & 4) {            
      
 230 tsk->thread.cr2 = address;            
      
 231 tsk->thread.error_code = error_code;            
      
 232 tsk->thread.trap_no = 14;            
      
 233 info.si_signo = SIGSEGV;            
      
  
      
 234 info.si_errno = 0;            
      
 235 /* info.si_code has been set above */            
      
 236 info.si_addr = (void *)address;            
      
 237 force_sig_info(SIGSEGV, &info, tsk);            
      
 238 return;            
      
 239 }            
      
  
     
    

error_code的取值和含義：

 
 96  /*            
      
 97  * This routine handles page faults. It determines the address,            
      
 98  * and the problem, and then passes it off to one of the appropriate            
      
 99  * routines.            
      
 100 *            
      
 101 * error_code:            
      
 102 *  bit 0 == 0 means no page found, 1 means protection fault            
      
 103 *  bit 1 == 0 means read, 1 means write            
      
 104 *  bit 2 == 0 means kernel, 1 means user-mode            
      
 105 */