内存管理——进程创建，执行，缺页，终止

与分页相关的工作。

1、进程创建时：当进程被创建时，操作系统需要确定程序和数据在初始时有多大，并针对其大小为进程创建页表，操作系统需要在内存中为页表分配空间并进行初始化。此外，操作系统需要在磁盘交换区中分配空间，以用来在一个进程换出时在磁盘上有放置此进程的空间；

2、进程执行时：重置MMU，刷新TLB，清除先前进程信息，将新进程页表设置为当前页表（Linux操作硬件设置CR3控制寄存器为新的进程页目录基地址），把进程的部分或全部页面装入到内存中以减小缺页中断发生，如程序计数器PC（Intel中为EIP寄存器）所指页面会装入内存；

3、进程缺页中断：当进程在执行中由于读写非法虚拟地址，发生缺页中断，处理如下：

• 执行上下文从用户空间陷入内核空间，在堆栈中保存程序计数器（EIP指向发生缺页中断的指令地址）；
• 保存通用寄存器和其他易失信息，以免被操作系统破坏；
• 操作系统捕获缺页中断，通过读取控制寄存器CR2来获取当前产生缺页中断的进程虚拟地址；
• 得到虚拟地址，操作系统检查地址是否有效，并检查是否对受保护页执行写操作，如果是，向进程发出段错误信号或杀掉进程。如果地址有效并且没有保护错误发生，操作系统检查是否有空闲页框（空闲物理页面），如果没有则采用页面置换算法寻找一个页面进行淘汰；
• 如果所选择的页框为“脏”，即当前物理页面上数据还未写回到磁盘，则将该页写回磁盘，并执行一次上下文切换，挂起当前缺页进程，先行调度其他进程直到磁盘传输结束。被选中的页框被标记为“忙”状态，避免其他进程使用；
• 如果所选择的页框为“干净”（或者本来就为“干净”），操作系统查找页面在内存上的地址（对应Linux下的page数据结构），并将其装入页框中，产生缺页中断的进程仍被挂起，如果有其他可运行用户进程，选择一个执行；
• 磁盘中断发生时，表明该页已经成功装入，页表已更新，页框被标记为正常状态；
• 恢复缺页中断以前的状态，程序计数器重新指向该条指令；
• 调度引发缺页中断的进程，恢复通用寄存器与其他保存的状态信息，进程返回到用户空间继续执行；

4、进程终止时：当进程退出时，操作系统释放该进程页表，页面和页面在硬盘上占用的空间。对于与其他进程共享的内存，当最后一个使用的进程终止时，释放内存和磁盘上的页面。

 

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