Linux内核解析：缺页异常与非法缺页处理

"本资料主要讲解了Linux内核中的缺页异常处理，特别是非法缺页的处理机制，以及Linux操作系统的一般结构和系统调用的相关概念。由陈香兰教授对中国科学技术大学计算机系学生进行讲解。" 在Linux内核中，当一个进程试图访问其虚拟地址空间中不存在的页面时，会触发缺页异常（page fault）。这个异常处理过程由函数`do_page_fault`来完成。在描述中提到，如果在处理过程中发现是非法的缺页，即进程试图访问未映射或者权限不符的内存地址，内核会采取特定的措施。非法缺页通常会导致程序被终止，因为这通常意味着有错误的内存访问。 在异常处理过程中，如果存在异常表（exception table），并且能通过引起异常的代码地址找到对应的修正代码，那么内核会将修正代码的地址填入到进程的寄存器`regs->eip`中。这通常用于处理特定类型的异常情况，比如某些硬件错误或特定的软件陷阱，允许内核恢复并继续执行程序，而不是简单地终止它。 Linux操作系统的一个典型结构包括多个层次，从用户应用程序到内核，再到硬件。用户应用程序通过系统调用接口与内核交互，避免直接操作硬件，从而提高安全性、可移植性和方便性。系统调用是操作系统提供给用户态进程访问内核服务的唯一合法方式，例如进行文件操作、进程控制等。 系统调用与应用编程接口（API）有所不同。API是一组定义了功能的函数，而系统调用是通过软中断（如x86架构下的`int`指令）直接向内核发起的请求。在x86架构中，当一个API函数被调用时，可能通过封装例程（wrapper routine）进入系统调用，封装例程的作用是将用户级的调用转化为内核可以理解的形式。并非所有API都直接对应一个特定的系统调用，有些API可能仅在用户态提供服务，例如数学函数库。 这篇资料深入解析了Linux内核如何处理缺页异常，特别是非法缺页的情况，并介绍了系统调用在操作系统中的重要角色，以及它们如何与API和用户程序交互。这对于理解和分析Linux内核源代码，以及进行系统级编程具有重要的指导意义。