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c - Linux 内核代码似乎忽略了缓存

问题描述

来自Understanding the Linux Kernel 3rd edition，第10.4.4章，其中讨论了内核访问用户空间内存时的页面错误异常：

页面错误处理程序 do_page_fault( ) 执行以下语句：

 if ((fixup = search_exception_tables(regs->eip))) {
 regs->eip = fixup->fixup;
 return 1;
 }

regs->eip 字段包含异常发生时保存在内核模式堆栈上的 eip 寄存器的值。如果寄存器中的值（指令指针）在异常表中，do_page_fault() 将保存的值替换为在 search_exception_tables() 返回的条目中找到的地址。然后页面错误处理程序终止，被中断的程序继续执行修复代码。

很好理解，除了一个关键的事实——内存操作可以被缓存，这意味着在缺页异常发生的那一刻，指令指针包含了另一条与异常无关的指令的地址，作为导致异常的指令被执行较早由 CPU 缓存，但直到此时才被缓存（参考最后几段中的内容）。

Linux Kernel 如何在没有副作用的情况下执行上述代码？如何确定在页面错误异常发生时，指令指针寄存器包含访问非法地址的内存操作指令的地址（可以缓存并稍后执行）？

编辑#1： 我相信同一指南在第 2.4.7 章中有提示-

缓存单元插入在分页单元和主存之间

也许这意味着地址转换和签入总是在缓存之前（或期间）完成（至少在本指南所基于的 x86 架构中），这可以通过在 MMU 电路中完成地址签入来解释我的问题在指令执行的那一刻？不幸的是，我在指南和在线搜索中都找不到任何明确的“是”。

编辑#2：我在SuperUser中 找到了另一个来源，加强了我在编辑#1 中的推测：

在提交访问之前仍然需要检查权限

因此，似乎（没有任何来自正式来源的确认）在内存访问时，地址会在缓存之前或期间进入 MMU 电路进行翻译，这意味着地址检查是在指令执行时完成的，而此时正是可以引发页面错误。因此主存访问的缓存延迟与缺页时序无关，当缺页发生时，指令指针寄存器中确实包含了试图访问无效地址的故障指令。我将继续寻找可以证实这一点的来源，或者与该来源相矛盾并提供适当解决方案的来源。

标签： cexceptioncachinglinux-kernelkernel

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