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当程序调用mmap分配一个匿名页（也称为零需求页）时，对应的页表项 (PTE) 的地址字段中会出现什么？我假设内核不会在物理内存中创建一个零初始化页面（并将该物理页面的页码输入到 PTE 中），直到请求进程实际接触到该页面 - 因此术语demand-zero。由于它不是磁盘地址，也不是 0（用于未分配的页面），所以那里会出现什么值？作为一个不同但相关的问题，内核如何“知道”该页面将作为需求零页面处理，即故障处理程序应该找到一个物理页面并将其初始化为 0 而不是从磁盘？

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我假设内核不会在物理内存中创建零初始化页面

事实上，通常情况就是这样。除非特殊情况，例如 ifMAP_POPULATE指定显式请求初始化页面（也称为“pre-fauting”）。

对应页表条目 (PTE) 的地址字段中出现了什么？

在mmap您甚至没有为页面分配 PTE 之后（或者通常，您在任何页表级别都没有任何条目）。对于CPU而言，页面甚至不存在。如果您要遍历页表，您只会到达一个点（在任意级别），相应的条目被标记为“不存在”。

由于它不是磁盘地址，也不是 0（用于未分配的页面），所以那里会出现什么值？

对于 CPU 而言，页面是未分配的。在第一个页面错误时，可能会发生两件事：

  1. 对于读取页面错误，PTE 被更新为指向零页面：这是一个始终完全归零的特殊页面，并且由系统中任何匿名（请求零）页面的 PTE 指向尚未修改。
  2. 对于写页面错误，将分配一个实际的物理页面，并更新相应的 PTE 以指向其物理地址。

直接从文档中引用：

匿名内存或匿名映射表示不受文件系统支持的内存。这种映射是为程序的堆栈和堆隐式创建的，或者是通过显式调用 mmap(2) 系统调用来创建的。通常，匿名映射只定义允许程序访问的虚拟内存区域。读取访问将导致创建一个页表条目，该条目引用一个用零填充的特殊物理页。当程序执行写入时，将分配一个常规物理页面来保存写入的数据。该页面将被标记为脏页面，如果内核决定重新使用它，脏页面将被换出。

内核如何“知道”该页面将作为零需求页面处理，即故障处理程序应该找到一个物理页面并将其初始化为 0 而不是从磁盘复制页面？

当页面错误发生时，内核页面错误处理程序（依赖于架构）确定页面属于哪个 VMA，并检索相应的struct vm_area_struct（由内核本身或mmap系统调用较早创建）。然后将该结构连同所需的故障信息 ( )传递给与架构无关的代码 ( )。do_fault()struct vm_fault

然后vm_area_struct包含处理故障所需的所有剩余信息（例如，在文件支持的映射情况下的->vm_file字段!= NULL）。该字段->vm_ops指向struct vm_operations_struct定义了一组函数指针以在不同场合调用。特别是匿名 VMA 具有->vm_ops == NULL.

对于其他类型的页面，->fault()是处理页面错误时使用的函数。该函数知道要检查什么以及如何实际处理故障。

B&O 也描述了 VMA，但没有解释内核如何使用 VMA 来区分未分配页面和要创建和零初始化的已分配页面。

很简单，只需检查一下vma->vm_ops == NULL，在这种情况下，您就知道该页面是零需求匿名页面。然后在页面错误上根据需要采取行动（读取错误 -> 更新 PTE 以指向全局零页面，写入错误 -> 分配页面并更新 PTE）。

于 2021-11-24T17:48:57.383 回答