linux内核分页地址保护

linux内核是通过什么机制来判断用户访问的内存是非法的，从而实现地址保护？

姑且认为32位机器在上，进程能看到的虚拟地址空间是4G。这4G是一个潜力值，并非所有虚拟内存下都有物理内存做backup。只有某些虚拟内存段是有效的，操作系统记录着这些地址段，通过一个链表。每一元素有一个区间，表示该区间内地址有效（通过）。感兴趣的话可以看看内核中的do_page_fault函数，即从哪里开始，有多大。操作系统保证这些地址下最终是有物理内存对应。

这些有效内存段的来源：

1.初始化时从执行文件获知，text section, data section等等
2.操作系统为进程创造的栈
3.通过系统调用显式创造，即所谓“在堆在申请内存”

在用分页做内存管理时，所谓保证“一段虚拟地址段下有物理内存”，就是说相应虚拟地址段对应的页表项是有效的。访问所谓的“无效地址”时，由于页表项没有 信息，CPU无法转换地址，出现page fault，转入操作系统处理异常的代码，处理异常代码里就把当前进程core dump了。

实际情况还要复杂一点，有可能逻辑上说，某个虚拟地址有效的，但因为某种原因，操作系统不想给它物理内存，其对应的页表信息也是无效的，比如demand page或者页被换出去之类的情况。访问这种地址时也会发生page fault，但这时不会core dump。这时需要在do_page_fault缺页中断处理函数中进行判断，由于操作系统记录了进程所有的有效地址段，它可以判断fault address是不是在某个有效地址段里。如果是，再根据情况，看看要怎么给它找一块内存，然后设置一下页表，然后正常返回到用户态，用户态程序就可以若无其事地继续执行了。