Linux内核：是否清除了重新分配的页框？

Question

当一个进程结束时，Linux 内核可以将用户空间页面帧（物理内存中的页面）重新分配给另一个进程的用户空间页面（虚拟内存中）。

在重新分配之前是否清除了页框？否则旧内容可能对另一个进程可见，我无法想象这是允许的。一种情况是将页框分配给不断增长的堆，其中旧内容可能在分配的内存中可见。

Answer 1

是的，“重新分配”的物理内存已被清除，但具体如何以及何时清除有点棘手。该页面不会立即被清除，而是在另一个进程映射它之后的第一个 write 页面错误。

假设一个匿名的“按需填零”页面：

1. 用户程序 A 正在使用物理地址为 PA 的内存页。
2. 用户程序 A 终止执行，内核收回内存，物理内存内容仍未改变。
3. 用户程序 B（或者甚至 A，没关系）启动并请求内存页。
4. 内核为请求的页面创建一个虚拟映射。
5. 用户程序 B 写入映射，导致写入页面错误。
6. 内核分配内存，获取物理地址为PA的物理页，同第1点。
7. 内核清除页面（清零之前的任何内容）并相应地更新虚拟映射（页表等）。

因此，实际的清除是“延迟”发生的，可能比内存被释放并被内核收回时（第 2 步）晚很多（第 7 步）。

注意：对于新创建的匿名映射的第一个 read 页面错误会发生什么情况则完全不同。内核始终保持一个完全归零的物理页面（称为“零页面”），并创建到该页面的虚拟映射。每个需要它的进程都会发生这种情况，因此零页在不同进程的多个 VMA 中被多次映射。这样做是为了提高性能（无需将任何内容归零）和节省内存（在写入发生之前无需分配新页面）。

---

关于写入错误，即页面实际被清除时，内核中可能的代码路径之一是：

• 特定于 Arch 的页面错误处理程序（代码应在 arch/XXX/mm/fault.c 中）
• handle_mm_fault()
• __handle_mm_fault()
• handle_pte_fault()
• do_anonymous_page()（假设是匿名映射）
• alloc_zeroed_user_highpage_movable()
• alloc_pages() 的一些变体传递 __GFP_ZERO
• clear_page()
• 返回分配和归零的页面