Linux 內核給每個進程都提供了一個獨立的虛擬地址空間，并且這個地址空間是連續的。這樣進程就可以很方便地訪問內存，更確切地說是訪問虛擬內存。

1、什么是虛擬內存

假設某個進程需要100MB的空間，而內存假設是16MB的，如果進程直接使用物理地址，就會因為內存不足而無法運行。

既然進程不是直接訪問物理內存，那么進程中涉及的內存地址當然也不是物理內存地址。而是虛擬的內存地址，虛擬的內存地址和物理的內存地址之間保持一種映射關系，這種關系由內存管理單元（MMU）進行管理。

內存管理單元（Memory Management Unit，MMU），將物理內存分割成多個pages，MMU管理進程的虛擬地址空間中的page和物理內存中的page之間的映射關系。

因為是映射，所以隨時都可能發生變化，例如某個進程虛擬內存空間中的page1，在不同的時間點，可能出現在物理內存中的不同位置（當發生了頁交換時）。

2、什么是 page fault

虛擬地址空間的內部又被分為內核空間和用戶空間兩部分。并不是所有的虛擬內存都會分配物理內存，只有那些實際使用的虛擬內存才分配物理內存，并且分配后的物理內存，是通過內存映射來管理的。

當進程訪問它的虛擬地址空間中的page時，如果這個page目前還不在物理內存中，此時CPU是不能工作的，Linux會產生一個hard page fault中斷。系統需要從慢速設備（如磁盤）將對應的數據page讀入物理內存，并建立物理內存地址與虛擬地址空間page的映射關系。然后進程才能訪問這部分虛擬地址空間的內存。

page fault 又分為三種：minor page fault、major page fault、invalid（segment fault）。

2.1、minor page fault

也稱為 soft page fault，指需要訪問的內存不在虛擬地址空間，但是在物理內存中，需要MMU建立物理內存和虛擬地址空間的映射關系即可。

當一個進程在調用 malloc 獲取虛擬空間地址后，首次訪問該地址會發生一次soft page fault。

通常是多個進程訪問同一個共享內存中的數據，當某些進程還沒有建立起映射關系，訪問時也會出現soft page fault。

2.2、major page fault

也稱為 hard page fault，指需要訪問的內存不在虛擬地址空間，也不在物理內存中，需要從慢速設備載入。

從磁盤 swap in 回到物理內存就是 hard page fault。

• swap out：當物理內存不夠時，把一些物理內存page中的內容寫入到磁盤，以騰出一些空閑的page；
• swap in：當CPU要執行的指令被發現已經swap out到了磁盤中， 這時就需要從磁盤把這些指令再swap in到物理內存中。

注意：swap in 和 swap out 的操作都是比較耗時的。

2.3、invalid（segment fault）

也稱為 segment fault，指進程需要訪問的內存地址不在它的虛擬地址空間范圍內，屬于越界訪問，內核就會報 segment fault 錯誤。

造成 segment fault 的原因可能有以下幾種：

• 堆棧溢出；
• 內存訪問越界，如數組下表錯誤訪問越界；使用strcpy/strcat/sprintf/strcmp 等字符串操作函數導致的讀寫越界，應盡量使用strncpy/strncat/snprintf/strncmp 等函數防止讀寫越界；
• 非法指針：野指針，錯誤的指針轉換等；
• 多線程讀寫的數據未加鎖保護，或使用了線程不安全的函數。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的linux 内存越界判断_虚拟内存 和 page fault 的解释的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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