Linux核心筆記005 - 越界訪問記憶體，Linux核心處理過程

typedef struct page {
	struct list_head list;
	struct address_space *mapping;
	unsigned long index;
	struct page *next_hash;
	atomic_t count;
	unsigned long flags;	/* atomic flags, some possibly updated asynchronously */
	struct list_head lru;
	unsigned long age;
	wait_queue_head_t wait;
	struct page **pprev_hash;
	struct buffer_head * buffers;
	void *virtual; /* non-NULL if kmapped */
	struct zone_struct *zone;
} mem_map_t;

start_kernel()
 |- setup_arch()
     |- paging_init()
         |- free_area_init()
             |- free_area_init_core()
                 |  // 根據實際的實體記憶體大小，建立mem_map[]陣列（*gmap == mem_map）
                 |- *gmap = alloc_bootmem_node()

typedef struct zone_struct {
	/*
	 * Commonly accessed fields:
	 */
	spinlock_t		lock;
	unsigned long		offset;
	unsigned long		free_pages;
	unsigned long		inactive_clean_pages;
	unsigned long		inactive_dirty_pages;
	unsigned long		pages_min, pages_low, pages_high;

	/*
	 * free areas of different sizes
	 */
	struct list_head	inactive_clean_list;
	free_area_t		free_area[MAX_ORDER];

	/*
	 * rarely used fields:
	 */
	char			*name;
	unsigned long		size;
	/*
	 * Discontig memory support fields.
	 */
	struct pglist_data	*zone_pgdat;
	unsigned long		zone_start_paddr;
	unsigned long		zone_start_mapnr;
	struct page		*zone_mem_map;
} zone_t;

typedef struct pglist_data {
	zone_t node_zones[MAX_NR_ZONES];
	zonelist_t node_zonelists[NR_GFPINDEX];
	struct page *node_mem_map;
	unsigned long *valid_addr_bitmap;
	struct bootmem_data *bdata;
	unsigned long node_start_paddr;
	unsigned long node_start_mapnr;
	unsigned long node_size;
	int node_id;
	struct pglist_data *node_next;
} pg_data_t;

struct vm_area_struct {
	struct mm_struct * vm_mm;	/* VM area parameters */
	unsigned long vm_start;
	unsigned long vm_end;

	/* linked list of VM areas per task, sorted by address */
	struct vm_area_struct *vm_next;

	pgprot_t vm_page_prot;
	unsigned long vm_flags;

	/* AVL tree of VM areas per task, sorted by address */
	short vm_avl_height;
	struct vm_area_struct * vm_avl_left;
	struct vm_area_struct * vm_avl_right;

	/* For areas with an address space and backing store,
	 * one of the address_space->i_mmap{,shared} lists,
	 * for shm areas, the list of attaches, otherwise unused.
	 */
	struct vm_area_struct *vm_next_share;
	struct vm_area_struct **vm_pprev_share;

	struct vm_operations_struct * vm_ops;
	unsigned long vm_pgoff;		/* offset in PAGE_SIZE units, *not* PAGE_CACHE_SIZE */
	struct file * vm_file;
	unsigned long vm_raend;
	void * vm_private_data;		/* was vm_pte (shared mem) */
};

• 主動進入

• 被動進入

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char buf[10] = { 0 };

    // 會在buf[10]處寫一個'\0'字元，超出了陣列的範圍
    strcpy(buf, "0123456789");
    printf("%s\n", buf);

    return 0;
}

do_page_fault()
 |  // 到達這個判斷條件之前，和munmap()的情景一樣，但這時找到的虛擬區間，就會是棧區了
 |- if (!(vma->vm_flags & VM_GROWSDOWN))
 |  // 這個情景也是在使用者態訪問地址的
 |- if (error_code & 4)
 |   |  // 壓棧資料最多的是pusha指令，可以一次性壓入32位元組
 |   |  // 核心無法完全判斷應用程式的邏輯錯誤，比如*(&區域性變數-xx)，也有可能訪問到這個範圍，那樣程式一定會出現別的異常現象
 |   |- if (address + 32 < regs->esp)
 |  // 棧是向下增長，正常的壓棧操作，不符合以上判斷，執行到這裡對棧空間的大小進行擴充套件
 |- expand_stack()
 |   |  // Linux對每個程式的棧空間，限制了大小，執行"ulimit -s"可以檢視，超過就不能繼續擴充套件了
 |   |- if (RLIMIT_STACK檢查)
 |   |- 擴充套件虛擬區間大小
 |- 進入讀寫操作檢查，產生異常時是寫操作，而棧區肯定是可寫的，所以透過檢查
 |  // 為虛擬區間中剛才擴充套件的部分，分配實體地址並建立對映
 |- handle_mm_fault()
     |  // .org 0x1000
	 |  // ENTRY(swapper_pg_dir)
	 |  // 整個系統只需要一個目錄項，在系統初始化階段就確定位置了(見"Linux核心筆記004")
     |- pgd_offset()
	 |  // 32位CPU上，不使用中間目錄，所以還是返回目錄頁的地址，不影響對映過程
	 |- pmd_alloc()
	 |  // 一個頁表可以容納1024個頁表項，第一個需要這個頁表的分配操作，分配這個頁表，其它的直接使用
	 |- pte_alloc()
	 |  // 以上獲取的pte，可能是正在使用中的，它們它的低12位可以知道物理頁面是否換出到交換分割槽了
	 |  // 本次設定情景，由於訪問的是之前沒有分配過的記憶體，所以pte也一定是0
	 |- handle_pte_fault()
	     |- if (!pte_present(entry))
		     |- if (pte_none(entry))
			 |   |  // 本次情景會執行到這裡
			 |   |- do_no_page()
			 |       |  // mmap()、交換分割槽，都需要虛擬空間和檔案有聯絡，vma->vm_ops就包含一些檔案操作的函式指標
			 |       |- if (!vma->vm_ops || !vma->vm_ops->nopage)
			 |       |   |  // 棧空間跟檔案沒有聯絡，所以本次情景會執行這裡
			 |       |   |- do_anonymous_page()
			 |       |       |- if (write_access)
			 |       |       |   |  // 分配物理頁面，如果是讀訪問，先對映到ZERO_PAGE，寫的時候再分配(COW)
			 |       |       |   |- alloc_page()
			 |       |       |   |- pte_mkwrite()
			 |       |       |  // 讓pte指令新分配的物理頁面
			 |       |       |- set_pte()
			 |       |- vma->vm_ops->nopage()
			 |- do_swap_page()