编译后的程序是如何在操作系统（linux）中运行的，虚拟地址空间到实际物理内存的访问

Linux中，每个进程通过一个task_struct结构体描述，每个进程地址虚拟空间通过一个mm_struct描述，c语言中每个段空间通过vm_area_struct描述，关系如下，

当执行一个程序时，linux创建一个进程，通过sys_exec()将该程序的内容（程序编译后产生的是虚拟地址空间）映射到进程的虚拟地址空间中而不是物理内存中，生成一组vm_area_struct数据结构用来表示可执行程序的信息。具体步骤如下：

(1)创建一组vm_area_struct；

(2)将程序编译的起始地址保存到vm_start和vm_end中；

(3)将磁盘file句柄保存在vm_file中；

(4)将对应段在磁盘file中的偏移值保存在vm_pgoff中；

(5)将操作该磁盘file的磁盘操作函数保存在vm_ops中；

(6)假设程序有一条指令需要读取地址vm_start~vm_end之间的某内容，例如：

mov[0x08000011],%eax; 那么将会执行如下序列：

(1)cpu依据CR3(current->pgd)找到0x08000011地址对应的pgd[i]，由于该pgd[i]内容保持初始化状态即为0，导致cpu page fault；

(2)调用do_page_fault()系统调用，为pgd[i]在内存中分配一个页表，并该让页表指向它，如下图所示：

(3)为pte[j]分配一个真正的物理内存页面，依据vm_area_struct中的vm_file、vm_pgoff和vm_ops，调用filemap_nopage将磁盘file中vm_pgoff偏移处的内容读入到该物理页面中，如下图：

1 分配物理内存页

2 从磁盘文件中将内容读取到物理内存页面中

总结，执行程序过程中，如果当前指令或数据在虚拟地址空间中，实际没有在物理内存中，将发生缺页错误，这时操作系统再从物理内存分配一个空闲的物理页，并将虚拟地址页对应的数据从磁盘加载到该物理页中，并建立页表项和页帧的映射关系。假设程序占用内存非常大，随着进程的执行，缺页错误不断产生，操作系统会响应每个缺页错误并未进程分配物理内存页框。但是物理内存是有限的，全部物理内存都分配给进程后，如果进程继续抛出缺页错误，此时操作系统就会采用页置换算法，在保证进程正常运行的前提下，将先前的分配给进程的物理页收回，重新分配给进程。常用的页面置换算法有先进先出（FIFO），最近未使用（NRU），最近最少使用（LRU）等。