ARM架构Linux内存权限与异常处理详解

本文主要探讨的是基于ARM架构的Linux内存异常处理，重点围绕MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）原理、权限控制以及page分配展开深入解析。首先，文章介绍了ARM架构下Linux内核的内存页和段映射机制，解释了为什么需要区分内核空间和用户空间，以及它们之间的权限隔离。Linux采用3G+1G的模式，确保用户空间不能直接访问内核地址空间，通过MMU实现了权限控制，用户空间的程序在申请内存时并不立即分配物理内存，而是通过系统调用如copy_from_user和copy_to_user处理缺页异常，即在实际访问时才进行分配。 核心内容包括： 1. **MMU映射原理**：Linux基于ARM的内核使用了smallpage和section的组合方式，通过两层映射表（如页表和段表）将虚拟地址映射到物理地址，实现地址空间的隔离和保护。 2. **内存权限控制**：Linux通过MMU的权限控制机制，确保内核空间与用户空间的访问权限分离，防止非法访问。例如，用户空间程序不能直接访问内核的物理内存，必须通过系统调用获取权限。 3. **缺页异常处理**：当用户空间试图访问未分配或无效的内存时，系统会触发缺页异常，这时内核会负责分配物理内存，并通过copy_from_user和copy_to_user等函数将数据在内核和用户空间之间传递。 4. **内存管理流程**：在内核启动阶段，内存管理涉及`bootmem`模块，包括创建内核内存的线性映射、初始化bootmem映射表、动态分配内存（如`alloc_bootmem_low_pages`）、释放内存（如`bootmem_free_node`）以及对`structzone`结构的理解，这些步骤共同保证了内存的高效管理和分配。 通过本文的学习，读者可以深入了解Linux内核如何利用MMU来管理基于ARM架构的内存，以及内存权限控制、缺页异常处理和内存分配策略的具体实现细节。这对于理解Linux系统的底层工作原理和技术实现具有重要意义。