内核虚拟地址缺页
Normal Kernel PageFault
Kprobe Kernel PageFault
Spurious Kernel PageFault
Kernel PageFault OOPS
内核虚拟地址缺页场景
访问空指针引发的 KERN-PF
内核向只读内存写操作导致 KERN-PF
内核在非代码段执行代码导致 KERN-PF
KPROBE 处理函数访问异常地址导致 KERN-PF
更新页表 PAGE_RW 导致的虚假缺页异常
更新页表 PAGE_NX 导致的虚假缺页异常
内核虚拟地址缺页
在 Linux 里，虚拟地址空间一分为二，其中一部分被内核占用形成内核虚拟地址空间，内核将内核地址空间划分成不同的区域，每个区域由不同的分配器进行管理，这些分配器不仅负责虚拟内存的分配，还需要负责页表的映射. 内核会根据不同的需求采用不同区域的虚拟内存，以此保证内核安全可靠的运行。但内核并不是完美的东西，有的时候内核也会发生故障，其中一个故障就是大家熟悉的缺页异常。内核发生缺页异常的几个情况如下:
- 延迟分配: Linux 内核常常使用延迟分配技术来提高内存使用效率。这里的延迟分配并不是像用户空间的惰性分配，而是类似多核之间 TLB 与页表之间的修改同步就可能会延迟设置，这样降低刷 TLB 带来的开销.
- 非法访问: 如果内核尝试访问一个未映射的虚拟地址，或者访问的地址超出了其权限(如写入一个只读区域)，将会触发缺页
- 硬件异常: 硬件问题也可能导致缺页异常，例如当内存芯片发生故障时(UE).
内核级别的缺页处理对操作系统的稳定性和性能至关重要。不正确的处理可能会导致系统崩溃或数据丢失。因此操作系统开发者在设计缺页处理机制时需要特别小心。在 Linux 中，这一部分由高度优化的代码来处理，以确保系统在各种情况下都能稳定运行, 当内核虚拟地址发生缺页时，内核的处理流程如下:
- 捕获异常: CPU 生成缺页异常，缺页异常处理程序接管控制权，并从相应寄存器获得缺页的原因
- 诊断原因: 内核检查引起缺页的地址，以确定发生缺页的地址属于内核虚拟地址，其次根据缺页原因找到相应的异常处理函数
- TLB 更新: 如果是因为页表的权限比 TLB 页表权限升级，因为页表已经是最新，那么不会触发更多的故障，让系统继续运行
- 处理非法访问: 如果缺页是因为非法访问造成的，内核可能会记录错误，终止相关内核线程，或者采取其他错误处理措施
- 恢复执行: 并不是所有的缺页情况都能恢复，对于能恢复的尽可能恢复，对于不能恢复的直接报错和杀死内核线程
内核的稳定性和安全性是至关重要的，因此某些场景触发的内核缺页采取 “0 容忍”态度直接将其 Killed，而对于有些虚假的故障则直接忽视, 而对于内存硬件级别的错误直接导致系统宕机。那么接下里分不同的情况来了解内核虚拟地址缺页.
Normal Kernel PageFault
Normal Kernel PageFault 指定是由物理内存不存在或者访问权限异常引起的内核地址缺页. 内核对于这类缺页的处理是非常严苛的，因为内核不能介绍访问一个物理内存不存在的非法地址，另外处于内核安全稳定性考虑，内核是不运行非法权限访问的，因此只要触发这类缺页基本就是要收到严苛的惩罚，轻者终止内核线程，重者导致系统宕机。那么内核里容易发生这类缺页的场景整理如下:
- 空指针的访问: NULL 被称为空指针，空指针经常用来初始化指针或者被释放的内存指针，如果内核线程直接访问空指针，缺页异常会认定为物理地址不存在，并发出严重警告之后将内核线程直接 Kill.
- 非法地址访问: 内核线程不通过内核分配器获得虚拟内存的使用权，而是直接使用，那么这会造成不可以预测的问题，例如非法访问的虚拟内存已经映射了物理内存，那么会造成内容污染; 又如非法访问的虚拟内存没有映射物理内存，那么会触发缺页并发起严重经过之后将内核线程杀死; 又或者非法访问的虚拟内存是特殊的虚拟内存，会触发不可预测的异常.
- 权限异常: 内核线程不具备访问虚拟内存足够的权限，那么会触发缺页异常，并对发生缺页的地址发起严重的警告并终止内核线程. 例如对只读的内核内存发起写操作，又如对不可执行的虚拟内存执行代码等.
