malloc()之后，内核发生了什么？【转】

淡淡的烟草味﹌ 2022-03-27 04:48 209阅读 0赞

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1.  [1brk系统调用服务例程][1brk]
2.  [2扩大堆][2]
3.  [3缺页异常的处理过程][3]
    
    1.  [31do\_page\_fault][31do_page_fault]
    2.  [32handle\_mm\_fault][32handle_mm_fault]
    3.  [33handle\_pte\_fault][33handle_pte_fault]
    4.  [34do\_anonymous\_page][34do_anonymous_page]

考虑这样一种常见的情况：用户进程调用malloc()动态分配了一块内存空间，再对这块内存进行访问。这些用户空间发生的事会引发内核空间的那些反映？本文将简单为您解答。

### 1.brk系统调用服务例程 ###

malloc()是一个API，这个函数在库中封装了系统调用brk。因此如果调用malloc，那么首先会引发brk系统调用执行的过程。brk()在内核中对应的系统调用服务例程为SYSCALL\_DEFINE1(brk, unsigned long, brk)，参数brk用来指定heap段新的结束地址，也就是重新指定mm\_struct结构中的brk字段。

brk系统调用服务例程首先会确定heap段的起始地址min\_brk，然后再检查资源的限制问题。接着，将新老heap地址分别按照页大小对齐，对齐后的地址分别存储与newbrk和okdbrk中。

brk()系统调用本身既可以缩小堆大小，又可以扩大堆大小。缩小堆这个功能是通过调用do\_munmap()完成的。如果要扩大堆的大小，那么必须先通过find\_vma\_intersection()检查扩大以后的堆是否与已经存在的某个虚拟内存重合，如何重合则直接退出。否则，调用do\_brk()进行接下来扩大堆的各种工作。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>1</code></td> 
   <td><code>SYSCALL_DEFINE1(brk, unsigned </code><code>long</code><code>, brk)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>3</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>unsigned</code><code>long</code><code>rlim, retval;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>4</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>unsigned</code><code>long</code><code>newbrk, oldbrk;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>5</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>struct</code><code>mm_struct *mm = current-&gt;mm;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>6</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>unsigned</code><code>long</code><code>min_brk;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>8</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>down_write(&amp;mm-&gt;mmap_sem);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>10</code></td> 
   <td><code>#ifdef CONFIG_COMPAT_BRK</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>13</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>min_brk = mm-&gt;start_brk;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>14</code></td> 
   <td><code>#endif</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>18</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>rlim = rlimit(RLIMIT_DATA);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>19</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(rlim &lt; RLIM_INFINITY &amp;&amp; (brk - mm-&gt;start_brk) +</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>20</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>(mm-&gt;end_data - mm-&gt;start_data) &gt; rlim)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>22</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>newbrk = PAGE_ALIGN(brk);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>23</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>oldbrk = PAGE_ALIGN(mm-&gt;brk);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>24</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(oldbrk == newbrk)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>28</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(!do_munmap(mm, newbrk, oldbrk-newbrk))</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>33</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(find_vma_intersection(mm, oldbrk, newbrk+PAGE_SIZE))</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>36</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(do_brk(oldbrk, newbrk-oldbrk) != oldbrk)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>41</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>retval = mm-&gt;brk;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>42</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>up_write(&amp;mm-&gt;mmap_sem);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>43</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>retval;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

brk系统调用服务例程最后将返回堆的新结束地址。

### 2.扩大堆 ###

用户进程调用malloc()会使得内核调用brk系统调用服务例程，因为malloc总是动态的分配内存空间，因此该服务例程此时会进入第二条执行路径中，即扩大堆。do\_brk()主要完成以下工作：

1.通过get\_unmapped\_area()在当前进程的地址空间中查找一个符合len大小的线性区间，并且该线性区间的必须在addr地址之后。如果找到了这个空闲的线性区间，则返回该区间的起始地址，否则返回错误代码-ENOMEM；

2.通过find\_vma\_prepare()在当前进程所有线性区组成的红黑树中依次遍历每个vma，以确定上一步找到的新区间之前的线性区对象的位置。如果addr位于某个现存的vma中，则调用do\_munmap()删除这个线性区。如果删除成功则继续查找，否则返回错误代码。

3.目前已经找到了一个合适大小的空闲线性区，接下来通过vma\_merge()去试着将当前的线性区与临近的线性区进行合并。如果合并成功，那么该函数将返回prev这个线性区的vm\_area\_struct结构指针，同时结束do\_brk()。否则，继续分配新的线性区。

4.接下来通过kmem\_cache\_zalloc()在特定的slab高速缓存vm\_area\_cachep中为这个线性区分配vm\_area\_struct结构的描述符。

5.初始化vma结构中的各个字段。

6.更新mm\_struct结构中的vm\_total字段，它用来同级当前进程所拥有的vma数量。

7.如果当前vma设置了VM\_LOCKED字段，那么通过mlock\_vma\_pages\_range()立即为这个线性区分配物理页框。否则，do\_brk()结束。

可以看到，do\_brk()主要是为当前进程分配一个新的线性区，在没有设置VM\_LOCKED标志的情况下，它不会立刻为该线性区分配物理页框，而是通过vma一直将分配物理内存的工作进行延迟，直至发生缺页异常。

### 3.缺页异常的处理过程 ###

经过上面的过程，malloc()返回了线性地址，如果此时用户进程访问这个线性地址，那么就会发生缺页异常（Page Fault）。整个缺页异常的处理过程非常复杂，我们这里只关注与malloc()有关的那一条执行路径。

当CPU产生一个异常时，将会跳转到异常处理的整个处理流程中。对于缺页异常，CPU将跳转到page\_fault异常处理程序中：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>1</code></td> 
   <td><code>//linux-2.6.34/arch/x86/kernel/entry_32.S</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>2</code></td> 
   <td><code>ENTRY(page_fault)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>3</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>RING0_EC_FRAME</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>4</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pushl $do_page_fault</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>5</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>CFI_ADJUST_CFA_OFFSET 4</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>6</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>ALIGN</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>7</code></td> 
   <td><code>error_code:</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>9</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>jmp ret_from_exception</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>10</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>CFI_ENDPROC</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>11</code></td> 
   <td><code>END(page_fault)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

该异常处理程序会调用do\_page\_fault()函数，该函数通过读取CR2寄存器获得引起缺页的线性地址，通过各种条件判断以便确定一个合适的方案来处理这个异常。

#### 3.1.do\_page\_fault() ####

该函数通过各种条件来检测当前发生异常的情况，但至少do\_page\_fault()会区分出引发缺页的两种情况：由编程错误引发异常，以及由进程地址空间中还未分配物理内存的线性地址引发。对于后一种情况，通常还分为用户空间所引发的缺页异常和内核空间引发的缺页异常。

内核引发的异常是由vmalloc()产生的，它只用于内核空间内存的分配。显然，我们这里需要关注的是用户空间所引发的异常情况。这部分工作从do\_page\_fault()中的good\_area标号处开始执行，主要通过handle\_mm\_fault()完成。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>1</code></td> 
   <td><code>//linux-2.6.34/arch/x86/mm/fault.c</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>2</code></td> 
   <td><code>dotraplinkage</code><code>void</code><code>__kprobes</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>3</code></td> 
   <td><code>do_page_fault(</code><code>struct</code><code>pt_regs *regs, unsigned </code><code>long</code><code>error_code)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>7</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>write = error_code &amp; PF_WRITE;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>9</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(unlikely(access_error(error_code, write, vma))) { </code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>10</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>bad_area_access_error(regs, error_code, address);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>11</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>13</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>fault = handle_mm_fault(mm, vma, address, write ? FAULT_FLAG_WRITE : 0);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 3.2.handle\_mm\_fault() ####

该函数的主要功能是为引发缺页的进程分配一个物理页框，它先确定与引发缺页的线性地址对应的各级页目录项是否存在，如何不存在则分进行分配。具体如何分配这个页框是通过调用handle\_pte\_fault()完成的。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>1</code></td> 
   <td><code>int</code><code>handle_mm_fault(</code><code>struct</code><code>mm_struct *mm, </code><code>struct</code><code>vm_area_struct *vma,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>2</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>unsigned</code><code>long</code><code>address, unsigned </code><code>int</code><code>flags)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>9</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pgd = pgd_offset(mm, address);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>10</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pud = pud_alloc(mm, pgd, address);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>12</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>VM_FAULT_OOM;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>13</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pmd = pmd_alloc(mm, pud, address);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>15</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>VM_FAULT_OOM;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>16</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pte = pte_alloc_map(mm, pmd, address);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>18</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>VM_FAULT_OOM;</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>19</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>handle_pte_fault(mm, vma, address, pte, pmd, flags);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 3.3.handle\_pte\_fault() ####

该函数根据页表项pte所描述的物理页框是否在物理内存中，分为两大类：

请求调页：被访问的页框不再主存中，那么此时必须分配一个页框。

写时复制：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。

用户进程访问由malloc()分配的内存空间属于第一种情况。对于请求调页，handle\_pte\_fault()仍然将其细分为三种情况：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>1</code></td> 
   <td><code>static</code><code>inline</code> <code> int</code> <code> handle_pte_fault(</code><code>struct</code><code>mm_struct *mm,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>2</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>struct</code><code>vm_area_struct *vma, unsigned </code><code>long</code><code>address,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>3</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pte_t *pte, pmd_t *pmd, unsigned </code><code>int</code><code>flags)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>6</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(!pte_present(entry)) { </code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>7</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(pte_none(entry)) { </code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>9</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(likely(vma-&gt;vm_ops-&gt;fault))</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>10</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>do_linear_fault(mm, vma, address,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>11</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pte, pmd, flags, entry);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>13</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>do_anonymous_page(mm, vma, address,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>14</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pte, pmd, flags);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>16</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(pte_file(entry))</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>17</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>do_nonlinear_fault(mm, vma, address,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>18</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pte, pmd, flags, entry);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>19</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>return</code><code>do_swap_page(mm, vma, address,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>20</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>pte, pmd, flags, entry);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.如果页表项确实为空（pte\_none(entry)），那么必须分配页框。如果当前进程实现了vma操作函数集合中的fault钩子函数，那么这种情况属于基于文件的内存映射，它调用do\_linear\_fault()进行分配物理页框。否则，内核将调用针对匿名映射分配物理页框的函数do\_anonymous\_page()。

2.如果检测出该页表项为非线性映射（pte\_file(entry)），则调用do\_nonlinear\_fault()分配物理页。

3.如果页框事先被分配，但是此刻已经由主存换出到了外存，则调用do\_swap\_page()完成页框分配。

由malloc分配的内存将会调用do\_anonymous\_page()分配物理页框。

#### 3.4.do\_anonymous\_page() ####

此时，缺页异常处理程序终于要为当前进程分配物理页框了。它通过alloc\_zeroed\_user\_highpage\_movable()来完成这个过程。我们层层拨开这个函数的外衣，发现它最终调用了alloc\_pages()。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>1</code></td> 
   <td><code>static</code><code>int</code> <code> do_anonymous_page(</code><code>struct</code><code>mm_struct *mm, </code><code>struct</code><code>vm_area_struct *vma,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>2</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>unsigned</code><code>long</code><code>address, pte_t *page_table, pmd_t *pmd,</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>3</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>unsigned</code><code>int</code><code>flags)</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>6</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>if</code><code>(unlikely(anon_vma_prepare(vma)))</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>8</code></td> 
   <td><code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code><code>page = alloc_zeroed_user_highpage_movable(vma, address);</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

经过这样一个复杂的过程，用户进程所访问的线性地址终于对应到了一块物理内存。

参考：

1.《深入理解LINUX内核》

2.《深入LINUX内核[架构][Link 1]》

原文地址：[http://edsionte.com/techblog/archives/4174][http_edsionte.com_techblog_archives_4174]

[http_blog.csdn.net_qianlong4526888_article_details_9042835]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835
[1brk]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835#t0
[2]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835#t1
[3]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835#t2
[31do_page_fault]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835#t3
[32handle_mm_fault]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835#t4
[33handle_pte_fault]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835#t5
[34do_anonymous_page]: http://blog.csdn.net/qianlong4526888/article/details/9042835#t6
[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/16
[http_edsionte.com_techblog_archives_4174]: http://edsionte.com/techblog/archives/4174