什么是页面错误（page fault）

摘要：页面错误（Page Fault）是指当软件试图访问已映射在虚拟地址空间中，但目前并未被加载在物理内存中的一个分页时，由中央处理器的内存管理单元所发出的中断 。 具体来说，当一个进程执行过程...

页面错误（Page Fault）是指当软件试图访问已映射在虚拟地址空间中，但目前并未被加载在物理内存中的一个分页时，由中央处理器的内存管理单元所发出的中断。

具体来说，当一个进程执行过程中，CPU需要访问某个页面（即虚拟地址的页），却发现这个页面并不在物理内存中，这时就会产生页面错误。操作系统会接管这种情况，通过查询保存可执行文件和进程虚拟空间映射关系的数据结构，找到缺失页面所在的虚拟内存区域，并计算出该页面在可执行文件中的偏移量。随后，操作系统会在物理内存中分配一个物理页面，并将这个物理页面与虚拟空间中的虚拟页面建立映射关系。CPU的控制权被返还给进程，进程从刚才发生页面错误的地方继续执行。

页面错误是虚拟内存管理的一部分，它允许程序使用比物理内存更大的地址空间。通过页面错误机制，操作系统可以实现诸如懒加载（Lazy Loading）、写时复制（Copy-On-Write, COW）和内存映射文件（Memory-Mapped Files）等功能，这些功能有助于优化操作系统的执行效率。例如，在懒加载中，系统不会在程序启动时立刻加载所有文件内容，而是在程序第一次访问某个区域时才触发页面错误，并加载对应的数据到内存中。