【发布时间】：2012-02-12 02:48:39
【问题描述】：
当发生段错误时，这意味着我访问了未分配或未保护的内存。但是内核或CPU如何知道呢？它是由硬件实现的吗？哪些数据结构需要 CPU 查找？分配一组内存时，需要修改哪些数据结构？
【问题讨论】：
标签： memory memory-management operating-system kernel
【发布时间】：2012-02-12 02:48:39
【问题描述】：
详细信息会有所不同，具体取决于您所谈论的平台，但通常 MMU 会在您尝试无效内存访问时生成异常（中断），然后内核会将其作为中断服务例程的一部分进行处理.
【讨论】：
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“无效内存访问”可能由于多种原因而无效，例如尝试写入只读内存，尝试在不可执行内存中执行代码，尝试读取或写入未分配关联页面的地址，等等。
当进程尝试访问 CPU 无法物理寻址的内存时，通常会发生段错误。它是通知操作系统内存访问冲突的硬件。然后操作系统内核向导致异常的进程发送信号
【讨论】：
要回答您问题的第二部分，这同样取决于硬件和操作系统。在典型的系统（即 x86）中，CPU 查询段寄存器（通过全局或局部描述符表）以将段相对地址转换为虚拟地址（这通常，但不总是，现代 x86 操作上的无操作系统），然后（MMU 确实做到了这一点，但在 x86 上它是 CPU 的一部分）查阅页表以将该虚拟地址转换为物理地址。当它遇到一个未标记为存在的页面（当前位未在页面目录或表中设置）时，它会引发异常。当操作系统处理这个异常时，它要么放弃（当你犯错或恐慌时会产生 segfault 信号），要么它会修改页表以使内存有效并从异常中继续。通常，操作系统有一些簿记，说明哪些页面可能有效，以及如何获取页面。这就是需求分页的发生方式。
【讨论】：
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对不起，我应该澄清一下。我将更新我的答案，但在这种情况下，我的意思是“页表中未标记的内存”。当 CPU 试图将虚拟地址转换为物理地址时，它会检查页表中的当前位（页表有很多层），如果发现该页不存在，则会引发异常（页错误在 x86 上）。操作系统可以通过它选择的任何方式使内存存在，然后恢复执行，或者它可以做其他事情，比如转储核心。
这完全取决于特定的体系结构，但所有具有分页虚拟内存的体系结构的工作原理基本相同。内存中的数据结构描述了每个分配的内存页的虚拟到物理映射。对于每次内存访问，CPU/MMU 硬件都会查找这些表以找到映射。当然，这会非常慢，所以有硬件缓存可以加快速度。
【讨论】：