# 17.3 虚拟内存系统如何支持用户应用程序 有关实现，有两个方面较为有趣。 第一个是虚拟内存系统为了支持这里的特性，具体会发生什么？这里我们只会讨论最重要的部分，并且它也与即将开始的mmap lab有一点相关，因为在mmap lab中你们将要做类似的事情。在现代的Unix系统中，地址空间是由硬件Page Table来体现的，在Page Table中包含了地址翻译。但是通常来说，地址空间还包含了一些操作系统的数据结构，这些数据结构与任何硬件设计都无关，它们被称为Virtual Memory Areas（VMAs）。VMA会记录一些有关连续虚拟内存地址段的信息。在一个地址空间中，可能包含了多个section，每一个section都由一个连续的地址段构成，对于每个section，都有一个VMA对象。连续地址段中的所有Page都有相同的权限，并且都对应同一个对象VMA（例如一个进程的代码是一个section，数据是另一个section，它们对应不同的VMA，VMA还可以表示属于进程的映射关系，例如下面提到的Memory Mapped File）。 ![](/files/-MWyKC3RpO6K8EYl4YGq) 举个例子，如果进程有一个Memory Mapped File，那么对于这段地址，会有一个VMA与之对应，VMA中会包含文件的权限，以及文件本身的信息，例如文件描述符，文件的offset等。在接下来的mmap lab中，你们将会实现一个非常简单版本的VMA，并用它来实现针对文件的mmap系统调用。你可以在VMA中记录mmap系统调用参数中的文件描述符和offset。 第二个部分我们了解的就不多了，它或许值得仔细看一下，也就是User level trap是如何实现的？我们假设一个PTE被标记成invalid或者只读，而你想要向它写入数据。这时，CPU会跳转到kernel中的固定程序地址，也就是XV6中的trampoline代码（注，详见6.2）。kernel会保存应用程序的状态，在XV6中是保存到trapframe。之后再向虚拟内存系统查询，现在该做什么呢？虚拟内存系统或许会做点什么，例如在lazy lab和copy-on-write lab中，trap handler会查看Page Table数据结构。而在我们的例子中会查看VMA，并查看需要做什么。举个例子，如果是segfault，并且应用程序设置了一个handler来处理它，那么 * segfault事件会被传播到用户空间 * 并且通过一个到用户空间的upcall在用户空间运行handler * 在handler中或许会调用mprotect来修改PTE的权限 * 之后handler返回到内核代码 * 最后，内核再恢复之前被中断的进程。 ![](/files/-MX-aydzT6zLWsVWPd1b) 当内核恢复了中断的进程时，如果handler修复了用户程序的地址空间，那么程序指令可以继续正确的运行，如果哪里出错了，那么会通过trap再次回到内核，因为硬件还是不能翻译特定的虚拟内存地址。 > 学生提问：当我们允许用户针对Page Fault来运行handler代码时，这不会引入安全漏洞吗？ > > Frans教授：这是个很好的问题。会有安全问题吗？你们怎么想的？这会破坏User/kernel或者不同进程之间的隔离性吗？或者从另一个角度来说，你的问题是sigalarm会破坏隔离性吗？ > > 当我们执行upcall的时候，upcall会走到设置了handler的用户空间进程中，所以handler与设置了它的应用程序运行在相同的context，相同的Page Table中。所以handler唯一能做的事情就是影响那个应用程序，并不能影响其他的应用程序，因为它不能访问其他应用程序的Page Table，或者切换到其他应用程序的Page Table。所以这里还好。 > > 当然，如果handler没有返回，或者做了一些坏事，最终内核还是会杀掉进程。所以唯一可能出错的地方就是进程伤害了自己，但是它不能伤害任何其他进程。 --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://mit-public-courses-cn-translatio.gitbook.io/mit6-s081/lec17-virtual-memory-for-applications-frans/17.3-xu-ni-nei-cun-xi-tong-zhi-chi-yong-hu-cheng-xu.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.