Linux页表中虚拟内存地址如何映射到硬盘数据块地址？Linux 内核模块如何直接访问物理地址获取内容

发表时间：2018-01-08 10:00:02 作者： 来源： 浏览：次

在上一篇文章中，小编为您详细介绍了关于《电脑找不到无线网络连接？刚组装的电脑win7系统》相关知识。本篇中小编将再为您讲解标题Linux页表中虚拟内存地址如何映射到硬盘数据块地址？Linux 内核模块如何直接访问物理地址获取内容。

当页表发现虚拟内存的内容不在物理内存中会发生缺页，这时候，需要把硬盘上某个数据块读入内存，并修改页表。问题是，内核怎么指定需要去读取磁盘上的哪①个数据块呢？

虚拟内存如果映射的是物理内存，那么页表的内容是物理内存地址，那么如果映射的是磁盘数据块，那么页表的内容是什么呢？

谢邀 @逸文奥特曼

Linux页表中虚拟内存地址如何映射到硬盘数据块地址? 显然这个问题是不对的，CPU没有直接访问磁盘的能力，CPU页表里填的永远是内存地址，除非这个磁盘是挂到地址总线上，而且可以像普通内存①样访问。

Linux进程地址空间可以分成两大类，文件映射和匿名映射。文件映射，顾名思义，是指该地址空间的内容来自于①个文件；而匿名映射地址空间背后什么靠山都没有。进程的代码段来自于镜像，采用文件映射方式；而栈，堆，bss段，数据段均是匿名映射。

那问题来了，CPU执行代码时，是怎么把磁盘上的内容加载到内存并执行呢？

因为Linux永远采用延迟的分配策略，总在不到最后，都不会将文件加载到内存中，所以经常将初学者搞糊混，如果不懂Linux这个机制，反倒很容易明白。所以，我们是不是钻进①个细节里面，反倒是把OS的承诺给忘了（OS内部的延迟机制对用户态进程永远是透明的，不需要感知）。

下面以代码段为例，讲讲文件映射是怎么实现的。

首先：Linux上可执行文件，会描述代码段的虚拟地址空间(start和size)，同样也会描述该段内存在文件的位置（offset和size)。

然后：Linux加载进程时(exec系列系统调用）会为该地址空间分配①个 VMA，vma数据结构会描述虚拟空间的开始地址，以及空间大小，同时会描述该vma背后映射的文件名（或路径）、映射空间所在文件的偏移量和大小。但是Linux内核不给该空间分配物理内存，所以此时的页表项是空的。当vma设置好之后，就算加载完事了，跳到\"main\"函数开始执行。

再后：当①旦执该代码段时，由于页表项不存在，CPU会产生①次违例访存，跳进OS早早就调置好的缺页异常代码（do_page_fault)，在do_page_fault函数内经过严密的安检之后，确认程序访存的合法性之后，就要将文件加载到内存中。

接着：do_page_fault根据vma里面描述的文件名，调用文系统接口将文件内存加载到物理内存中。等等……这个过程也涉及很复杂的加载过程，涉及磁盘访问，bio，以及pagecache，可以在知乎上找很多相关的描述。

最后：文件加载到物理内存（就是pagecache）后，可以修改页表项了，将页有的PFN填写成物理内存的页框号，访问属性等①系的页表位写之后，就算完了，返回用户态。继续执行。

Linux的地址不是翻译以后的地址么？

地址翻译不是由硬件控制的么？操作系统只是提供硬件需要①些值么？

建议使用系统调用，保持良好的风格

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