Page Fault 관련 정리

강의 들으면서 핵심 내용만 간단하게 정리 진행 중....

 

 

 

 

Memory 관련 Linux Register

CR0: Real mode vs Protection mode 구분 가능 (?)

CR2: 페이지폴트를 일으킨 가상 주소 저장 

CR3:현재 프로세스의 페이지테이블의 주소 (Vritual Adress - Phsical Address 매핑 테이블)

참고할만 한 자료: https://blackcon.tistory.com/117

 

Page Fault

x86 의 경우 Page Fault error code 는 다음과 같다.

arch/x86/include/asm/traps.h

/*
 * Page fault error code bits:
 *
 *   bit 0 ==    0: no page found   1: protection fault
 *   bit 1 ==    0: read access     1: write access
 *   bit 2 ==    0: kernel-mode access  1: user-mode access
 *   bit 3 ==               1: use of reserved bit detected
 *   bit 4 ==               1: fault was an instruction fetch
 *   bit 5 ==               1: protection keys block access
 */

arm 의 경우는 다르며 arch/arm64/include/asm/traps.h 에는 없음. 정리된 주석이 없어 더 살펴봐야 함

 

 

Page Fault 발생 시점의 Stack Trace

page fault가 발생한 지점의 stack trace

exec 하면서 Page fault 가 날 수도 있고, 여러 경우가 있음

 

Page Fault Handler 주요 흐름

Page Fault Handling 이라 함은 페이지 변환 테이블을 수정하는 것이다. 다음과 같은 일을 한다.

(1) 물리 메모리 (Page Frame) 할당
(2) Virtual Address 와 Physical Adrdress 연결
(3) Page Table 한 요소 (entry) flag 세팅
 *PTE: Page Table Entry

Interrupt 나 Exception 이 호출될 때 Entry 에서 시작한다. Page Fault 라는 Exception이 시작하는 부분은 x86 의 경우 arch/x86/entry/entry_64.S 에서 시작한다.

arch/x86/entry/entry_64.S 의 한 부분이 다음과 같다.

idtentry page_fault             do_page_fault           has_error_code=1        read_cr2=1

page_fault 가 호출되면 c로 된 do_page_fault 함수를 호출하고 has_error_code와 read_cr2 (cr2는 fault 가 났을 때 가상 메모리 주소)를 인자로 받아간다.

mm/fault.c 에서 do_page_fault 함수를 확인할 수 있다.

dotraplinkage void
do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code, unsigned long address)
{
        enum ctx_state prev_state;

        prev_state = exception_enter();
        trace_page_fault_entries(regs, error_code, address);
        __do_page_fault(regs, error_code, address);
        exception_exit(prev_state);
}
NOKPROBE_SYMBOL(do_page_fault);

arm 의 경우에는 entry 가 아닌 다른 진입점이 있을 것으로 예상함. do_page_fault 는 있으나 .S 파일이 없음

 

__do_page_fault 는 arch/x86/mm/fault.c에서 다음과 같다.

static noinline void
__do_page_fault(struct pt_regs *regs, unsigned long error_code,
		unsigned long address)
{


...

unlikely 란 if 의 결과 값을 예상하고 미리 분기를 하는 함수. 강의 내용이 커널 3점대 버전으로 진행되는 것 같다. 5점 대 버전에서는 x86 에 상단 내용이 없음.

 

주된 내용만 살펴보면 page fault 핸들링은 다음과 같이 동작한다.

do_user_addr_fault()   : arch/x86/mm/fault.c
  -> handle_mm_fault()    :   mm/memory.c
      -> __handle_mm_fault()    :   mm/memory.c
          -> handle_pte_fault()     :   mm/memory.c
               -> ptep_set_access_flags()   :  arch/x86/mm/pgtable.c
                    -> set_pte() “페이지 테이블 한요소(pte) 수정”

 

 

task_struct 구조체: task (process) 관리 목적의 커널 자료 구조

ㄴ mm_struct : task_struct 하위 구조체. 가상 메모리 관리 목적의 커널 자료 구조.

    ㄴ vma : mm_struct 의 하위. 가상 메모리 공간을 관리하는 자료 구조. stack 공간, heap 공간, code 공간.