❶ linux內核黑科技——mmap實現詳解
本文旨在詳細闡述 Linux 內核中的 mmap 實現機制。mmap 的全稱是 memory map，即內存映射，其功能是將文件內容映射到內存中，允許我們直接對映射的內存區域進行讀寫操作，效果等同於直接對文件進行讀寫。
mmap 實現分為兩個關鍵步驟：文件映射和缺頁異常處理。首先，使用 mmap() 系統調用時，內核會通過 do_mmap_pgoff() 函數進行處理，這一過程主要是為進程分配虛擬內存空間，並初始化相關數據結構。文件映射則通過 mmmap_region() 函數完成，該函數負責在 vm_area_struct 結構中登記文件信息，以便後續的內存訪問操作。
在文件映射階段，虛擬內存地址會映射到文件的頁緩存中。當進程試圖訪問映射後的虛擬內存地址時，若該地址對應的內容未被載入到物理內存中，則會導致缺頁異常。這就是我們接下來要介紹的第二步：缺頁異常處理。
當 CPU 觸發缺頁異常時，內核會調用 do_page_fault() 函數來處理這一異常情況。在這一過程中，文件的頁緩存內容會被載入到物理內存中，與虛擬內存地址建立起映射關系。這一機制確保了當進程訪問文件內容時，可以無縫地在物理內存和文件之間進行數據交換，從而實現高效的文件讀寫操作。
綜上所述，mmap 通過將文件內容映射到虛擬內存中，允許我們直接對映射區域進行讀寫操作，而背後的關鍵在於文件的頁緩存與虛擬內存地址之間的動態映射。這一機制是 Linux 內核實現高效文件訪問和管理的重要技術之一。
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❷ 內存管理特性分析（十七）：缺頁異常 (Page fault)實現分析及優化
缺頁異常（page fault）是Linux內存管理的關鍵組件，它不僅影響了系統性能，還涉及到多種特性實現，如寫時復制（COW）、內存延遲分配、內存回收等。下面，我們將對缺頁異常的實現原理和優化策略進行詳細探討。
首先，什麼是缺頁異常？它並非程序的異常或BUG，而是由硬體觸發的、軟體邏輯可以處理的事件，用於虛擬內存系統中的內存管理。在Linux中，當應用程序試圖訪問尚未分配物理內存的虛擬地址時，就會觸發缺頁異常。
缺頁異常的觸發場景多種多樣，常見於內存分配、文件讀取、動態庫映射等場景。例如，當使用`malloc`或`mmap`分配內存時，程序僅得到虛擬地址，實際物理內存的分配在首次訪問時通過缺頁異常完成。這不僅實現了解耦虛擬與物理內存的管理，也提高了內存使用效率。
實現方面，Linux內核通過`do_anonymous_page`和`do_fault`等核心函數來處理缺頁異常。`do_anonymous_page`用於處理匿名頁缺頁，即在首次訪問未分配物理內存的虛擬地址時觸發。此時，系統會分配物理內存並建立頁表映射，避免不必要的內存浪費。為了節省內存資源，讀操作時會映射到一個全零頁（zero page），這樣既減少了物理內存的使用，也避免了讀取臟數據的可能性。
`do_fault`是文件頁缺頁的主要處理函數，它根據不同的場景調用不同的子函數，如`do_read_fault`、`do_cow_fault`、`do_shared_fault`等。這些子函數分別處理文件讀取、寫時復制、共享頁面等情況，確保內存管理的靈活性和高效性。
此外，`do_swap_page`函數用於處理內存緊張時將頁面交換到交換分區的情況，而`do_wp_page`則用於處理許可權問題，確保在用戶嘗試修改不可寫頁面時的正確處理。
安全方面，Dirty COW漏洞是Linux內核中一個影響廣泛的安全問題。利用COW（Copy-on-Write）機制和競態條件，攻擊者可能修改受保護文件，甚至獲取系統許可權。通過詳細的分析和示常式序，我們能夠深入了解Dirty COW的攻擊流程和修復策略。
性能優化方面，內核提供了多種策略，如SPF（Speculative page fault）優化、Fault around優化、Per VMA lock優化以及大頁（Huge page）優化，以減少缺頁異常的頻率，提高系統性能。
最後，觀測指標如`/proc/vmstat`提供了缺頁異常的統計數據，而`perf`工具則可以幫助開發者深入分析和優化內存管理性能。
總之，缺頁異常是Linux內存管理的重要組成部分，其實現與優化對系統性能和安全具有關鍵影響。通過深入理解其原理與優化策略，開發者可以有效地提升應用的性能和安全性。
❸ linux內核空間能正常顯示mac地址，到了用戶空間就顯示有問題
在內核態能夠直接操作的地址一定必須是0xc0000000-0xffffffff之間的，這個范圍之外的地址都會發生缺頁異內常，要訪容問用戶態的地址空間的話，只能先將用戶地址空間轉換到內核地址空間；
用戶空間地址-》物理地址-》內核空間地址-》操作
比如在內核態要將0x08048100處的賦值10；
先通過0x08048100查頁表得到其物理地址A，
如果A<896M,那麼就
*(0xc000_0000+A)=10;
如果A>896M（高端內存），就需要通過內核動態映射區將物理地址A映射到內核地址空間B，然後*B=10；
B的值在范圍（0xc0000000+896M，0xffffffff）之間；