ARMV7架构用户虚拟地址转PFN代码异常及常驻内存虚拟地址咨询

1. pte返回空是否表示虚拟地址已被换出？ #

前置说明 #

ARMV7架构实际仅使用2级页表机制，Linux内核为了兼容多架构页表设计，对PGD/PUD/PMD做了层级折叠处理，你观测到pgd_val(*pgd)、pud_val(*pud)、pmd_val(*pmd)取值一致属于正常现象，不是运行错误。

结论 #

该现象不代表虚拟地址被换出，核心原因如下：

• 页面被换出时，页表项不会被清空为0，内核会在页表项中存储swap分区偏移、swap文件位置等换出标记信息，不会触发pte为空的判断
• 你观测到pte_offset_kernel()返回空，通常是以下几类原因：
  • 传入的用户虚拟地址没有对应有效VMA（虚拟内存区域），本身属于非法地址
  • 虚拟地址对应的VMA存在，但还未触发缺页异常分配物理页，属于已预留未分配的地址范围
  • 遍历页表时没有持有current->mm->mmap_lock（旧版内核为mmap_sem）锁，遍历过程中页表刚好被回收、调整，导致偶发空指针问题
  • 接口使用错误：pte_offset_kernel()是专为内核地址空间页表遍历设计的接口，遍历用户态地址应使用pte_offset_map()，否则容易出现兼容性问题

2. 常驻内存不被换出的用户虚拟地址类型 #

满足以下任意条件的用户虚拟地址不会被系统换出：

• 调用mlock()/mlock2()/mlockall()系统调用显式锁定的地址范围：锁定后页面不会被回收、换出，直到进程主动解锁或者进程退出。普通进程可锁定的内存大小受RLIMIT_MEMLOCK资源限制，超出限制的锁定操作需要进程持有CAP_IPC_LOCK权限
• 调用mmap()映射内存时携带MAP_LOCKED标记的地址区域：映射完成后自动锁定，效果和mlock()完全一致
• 特殊设备映射的内存区域：比如通过/dev/mem、/dev/vfio等字符设备映射的IO物理地址、设备内存，这类内存本身不参与系统页回收逻辑
• 携带SHM_LOCK标记的System V共享内存、POSIX共享内存：所有挂载该共享内存的进程对应的虚拟地址都不会被换出

内容的提问来源于stack exchange，提问作者md.jamal