CSDN趣味图解 | 什么是缺页错误 Page Fault？

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来源 | 后端技术指南针
号外号外各位老铁，大家好！
最近在想如何让大家在10分钟中有所收获，写一些精悍的知识点。
先抛一道阿里面试题给大家热热身，引出今天的主角-缺页异常Page Fault 。
谈谈对缺页异常Page Fault的理解。
话不多说，集合上车。

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术语约定

VA：Virtual Address 虚拟地址
PA：Physical Address 物理地址
MMU：Memory Manage Unit 内存管理单元
TLB：Translation Lookaside Buffer 旁路快表缓存/地址变换高速缓存
PTE：Page Table Entry 分页表项

内存的惰性分配以32位的Linux系统为例，每个进程独立拥有4GB的虚拟地址空间，根据局部性原理没有必要也不可能为每个进程分配4GB的物理地址空间。
64位系统也是一样的道理，只不过空间寻址范围大了很多很多倍，进程的虚拟地址空间会分为几个部分：

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实际上只有程序运行时用到了才去内存中寻找虚拟地址对应的页帧，找不到才可能进行分配，这就是内存的惰性(延时)分配机制。

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对于一个运行中的进程来说，不是所有的虚拟地址在物理内存中都有对应的页，如图展示了部分虚拟地址存在对应物理页的情况：

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虚拟地址空间根据固定大小一般是4KB进行划分，物理内存可以设置不同的页面大小，通常物理页大小和虚拟页大小是一样的，本文按照物理页4KB大小展开。
经过前面的分析，我们将面临一个问题：如何将虚拟地址准确快速地映射到物理页呢？
>>>高能预警敲黑板本段小结<<<1. Linux的虚拟地址空间就是空头支票，看着很大但是实际对应的物理空间只有很少的一部分。
2.内存的惰性分配是个有效的机制，可以保证内存利用率和服务器利用率，是资源合理配置的方法。
3.大量的虚拟地址到物理地址的快速准确地查询转换是一个难题。
CPU如果获取内存中的数据 CPU并不直接和物理内存打交道，而是把地址转换的活外包给了MMU ， MMU是一种硬件电路，其速度很快，主要工作是进行内存管理，地址转换只是它承接的业务之一。