Virtual Memory For Applications

当application也可以使用虚拟内存时，部分应用将受益，例如:

Gabage Collection。
Data Compression。
Shared Virtual Memory。

要使这些应用能够使用虚拟内存，需要操作系统提供如下原语：

Trap - 允许page fault传播到user space，并由user处理。
Prot1、ProtN - 减低page的accessibility（PTE的RWX bits），ProtN相当于调用Prot1多次（这样能提高效率，Prot1需要刷新TLB）。
Unprot - 增加page的accessibility（PTE的RWX bits）。
Dirty - 查看某个page是否是脏页。
Map2 - 允许user将某个特定的地址范围在同一个地址空间中映射两次。

NOTE：在现代操作系统中，通常提供mmap()、mprotect()、sigaction()系统调用来实现上述的原语。

NOTE:page fault将产生SIGSEGV信号。

Address Space通常由两个部分组成：

Page Table - 硬件Page table，包括了地址翻译。
Virtual Memory Areas（VMAs） - 与硬件无关的操作系统数据结构，记录一些有关连续虚拟内存地址段的信息。

在一个address space中有多个section，每一个section是一个连续的地址段，对于每一个section都有一个VMA对象，并且每一个section中的page都有相同的权限。

User Level Trap：

User访问一个无效的address。
CPU进入kernel mode，跳转到中断处理地址（trampoline code）。
kernel保存当前process的状态到trapframe。
询问VM（virtual memory）系统下一步该怎么处理，VM系统将根据VMAs处理中断，并决定是否需要传播到用户空间。
中断传播到用户空间（进入user mode）。
运行用户空间的handler。
返回到kernel mode。
kernel 恢复被中断的process，重试指令。