《深入理解计算机系统》Vitual memory system

linux虚拟内存管理：

结构如上图所示，pgd指向一级页表的基地址；

mmap指向一个，vm_area_struct的结构，每个vm_area_struct都指向了虚拟地址空间的一个区域。

vm_area_struct解析：

vm_start：虚拟内存块的起始位置；

vm_end：虚拟内存快的终止位置；

vm_prot：这块内存块的读写执行权限；

vm_flags：这块内存是进程私有的，还是与其他进程共享的；

vm_next：指向下一块mmap

linux缺页异常处理：

当cpu访问某个虚拟地址时，如果该地址在页表中不存在，则会处罚缺页异常。有三种异常情况：

1. mmu遍历所有的vm_area_struct，发现地址不在所有的空间内，则内存时非法内存，还没有分配使用，系统报段错误；

2. mmu便利所有的vm_area_struct，发现属于text段，则返回该地址给内核，内核读该vm_area_struct的flag，发现时text段，只读的，则报告段错误；

fork：写时拷贝

execve：

删除当前地址空间所有的vm_area_struct和页表；然后在当前地址空间创建新的vm_area_struct和页表，bss段和stack段映射到匿名文件；data段和text段使用可执行文件中的内容；创建一个共享空间，用来放置空间库。

之后将pc指向text段中的入口地址。

注意，这些步骤，只是映射，只是修改了当前虚拟地址空间的内核数据结构，并没有做任何的内存拷贝动作。

当cpu开始执行第一条指令的时候，则会陷入异常。走一套完整的异常流程，把第一个页拷贝到内存后，才开始执行。

因此，虚拟内存机制和操作系统是紧密相连的，互相依赖的，操作系统执行新进程是，不需要操作系统自己去将一些内容拷贝到内存，而是完成空间映射，之后直接利用虚拟内存机制，完成各个段的拷贝。

ps：bss段stack段heap段，在execve刚执行的时候，都会被置位zero；但随着程序执行，这些内存不一定位zero。

如果libc.so中，有静态局部变量，这些变量应该在private copy-on-write区域内。

mmap---系统调用，可实现用户态的内存映射