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页中断有哪些类型？
页中断有两类重要的类型：写保护中断和缺页中断。正是这两类中断在整个系统的后台默默地工作着，就像守护神一样支撑着内存系统正常工作。
如果物理页不在内存中，或者页表未映射，或者读写请求不满足页表项内的权限定义时，MMU 单元就会产生一次中断。
根据中断来源的不同，页中断大致可以分为以下几种类型：
fork 原理：写保护中断与写时复制
操作系统为每个进程提供了一个进程管理的结构，在偏理论的书籍里一般会称它为进程控制块（Process Control Block，PCB)。具体到 Linux 系统上，PCB 就是 task_struct 这个结构体。它里面记录了进程的页表基址，打开文件列表、信号、时间片、调度参数和线性空间已经分配的内存区域等等数据。
在操作系统内核里，fork 的第一个动作是把 PCB 复制一份，但类似于物理页等进程资源不会被复制。
fork 的第二个动作是复制页表和 PCB 中的 vma 数组，并把所有当前正常状态的数据段、堆和栈空间的虚拟内存页，设置为不可写，然后把已经映射的物理页面的引用计数加 1。
父子进程的页表情况如图所示：
不管是父进程还是子进程，它们接下来都有可能发生写操作，但我们知道在 fork 的第二步操作中，已经将所有原来可写的地方都变成不可写了，所以这时必然会发生写保护中断。
系统会首先判断发生中断的虚拟地址所对应的物理地址的引用计数，如果大于 1，就说明现在存在多个进程共享这一块物理页面，那么它就需要为发生中断的进程再分配一个物理页面，把老的页面内容拷贝进这个新的物理页，最后把发生中断的虚拟地址映射到新的物理页。这就完成了一次写时复制 (Copy On Write， COW）。
当子进程发生写保护中断后，系统就会为它分配新的物理页，然后复制页面，再修改页表映射。这时老的物理页的引用计数就变为 1，同时子进程中的 PTE 的权限也从只读变为读写。
当父进程再访问到这个地址时，也会触发一次写保护中断，这时系统发现物理页的引用计数为 1，那就只要把父进程 PTE 中的权限，简单地从只读变为读写就可以了。
如下图所示：
mmap 强大的能力是怎么来的？
mmap 根据映射的类型，有四种最常用的组合：
- 私有匿名映射，用于分配堆空间；
- 共享匿名映射，用于父子进程之间通讯；
- 私有文件映射，用于加载动态链接库；
- 共享文件映射，用于多进程之间通讯。
而这四个组合的作用：
- 私有匿名映射，在缺页中断的处理过程，会通过 do_anonymous_page 函数申请一块全零的物理页，并建立虚拟地址到物理页的映射，以达成分配内存的目标；
- 私有文件映射，则借助文件的 inode 结构共享文件的物理缓存页，当发生写操作时，则会出现写时复制，从而保证每一个进程中都有自己的副本；
- 共享文件映射，在私有文件映射的基础上，只取消了写时复制，这样一个进程就可以看到其他进程对这个页的修改了；
- 共享匿名映射，借助了虚拟文件系统。内核在父子进程间，使用自己创建的虚拟文件和共享文件映射，来实现共享匿名映射。
所以，mmap 的功能之所以十分强大，主是因为操作系统综合使用写保护中断、缺页中断和文件机制来实现 mmap 的各种功能。
引用
本文内容来自极客时间《编程高手必学的内存知识》第10讲，原文链接为：time.geekbang.org/column/arti…