探索 Linux 0.11 内核中的页中断：深入技术指南

2024-02-06 20:58:53

在计算机体系结构中，页中断在管理内存时发挥着至关重要的作用。它们为操作系统提供了高效的方式来处理硬件中断，从而控制数据的访问和内存的分配。Linux 内核早在 0.11 版本就引入了页中断机制，并一直是该操作系统内存管理的基础。

页中断详解

在实模式下，内存通过段基址和偏移地址进行寻址。但是，保护模式的引入带来了 32 位寻址，允许访问多达 4GB 的内存。为了管理如此庞大的地址空间，内存被划分为页，通常大小为 4KB。每个进程的数据都存储在分散的页中，操作系统使用页表来管理这些页。

页中断发生在硬件检测到对不存在或受保护的内存页的访问时。这可以是由无效的内存地址访问或权限冲突引起的。处理器生成一个中断，然后操作系统使用页表来解决该问题。

Linux 0.11 中的页中断

在 Linux 0.11 内核中，页中断由 page_fault 函数处理。此函数检查中断类型，并根据中断类型执行适当的操作：

缺页中断： 如果内存页不存在，page_fault 函数将从磁盘加载该页并将其映射到内存。
段错误： 如果访问的内存页受保护，page_fault 函数将生成段错误异常。
页面保护错误： 如果对内存页执行了无效的操作（例如写入受保护的页面），page_fault 函数将生成页面保护错误异常。

代码示例

以下代码摘自 Linux 0.11 内核的 arch/x86/mm/page.c 文件，演示了页中断的处理：

void page_fault(struct pt_regs *regs)
{
        int error_code = regs->err_code;
        unsigned long address = regs->ip;
        unsigned long fault;

        fault = ERROR_CODE_PRESENT | ERROR_CODE_WRITE;
        if (error_code & fault)
                return access_error(address, 1);

        fault = ERROR_CODE_NOT_PRESENT;
        if (error_code & fault)
                handle_page_fault(regs);
}