内核如何检测内核空间分段错误？

Question

在C语言中，如果您试图将不属于您的内存写入内存，则可能发生的一件事是分段错误。(从技术上讲，当您尝试写入内存时，这种行为是未定义的--这不是您的，但是操作系统处理这种情况的方法之一是抛出一个分段错误)。对于尝试非法访问内存的用户空间代码，内核是检测非法内存访问并抛出分段错误的内核。

现在，我正在编写一个Linux内核模块。我的代码运行在内核空间。我有两个相关的问题：

1. 如果我超出了数组的范围，我的代码就会出现分段错误。我想知道是什么发现了这段故障？对于用户空间应用程序，内核检测分段故障。那么内核代码本身呢？什么负责检测内核代码中的越界内存访问？
2. 我编写的内核模块是否作为一个单独的进程运行？如果是，为什么当我的模块分段错误时，整个内核分段错误？为什么不只是我的模块段错误，而其余的内核继续运行？

我正在阅读本教程中的3.1.5节：http://www.tldp.org/LDP/lkmpg/2.6/html/lkmpg.html

Answer 1

1. 由于非法的内存访问，会发生分段错误。内核跟踪已分配了哪些内存，如果您尝试在该分配之外进行访问，它会像用户空间进程一样分割错误。
2. Linux内核中没有“进程”的概念，就像用户空间中的“进程”一样(关于这个问题的讨论，请参阅这个答案 )。内核可以生成线程来处理某些任务，但这不是一回事。实际上，您可以将内核看作一个大的“进程”，它是站在一起的或落在一起的。

Answer 2

与高级语言不同的是，内存访问直接与C中的硬件进行对话。加载变成了这样的指令：mov %reg, [address]。一家商店变成这样：mov [addr], value。由于操作系统不直接参与此指令的执行，因此处理器会捕获非法访问。下面是x86如何响应对只读映射的写入(来自英特尔软件开发人员手册)：

MOV—Move
...
Protected Mode Exceptions
...
#GP(0) If the destination operand is in a non-writable segment.
...

对于检测非法访问的硬件，OS维护页表。与userspace一样，内核模式也有其内存映射。任何在映射之外的访问都会生成异常，该异常调用操作系统中的处理程序。

有关详细信息，您可以查看那些手册中的第2卷第4章:分页。