众所周知，0 地址（标记为宏“NULL”）是非法访问的。我想知道操作系统（比如linux）如何确定何时可以访问代码中某处的空地址，而不必访问代码中的每个指针地址？我认为它与信号有关，特别是与“sigsegv”信号有关。
但我不确定它是如何完成的。
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指针指的是虚拟地址空间。在虚拟地址空间中，每一页内存都可以映射到真实的物理内存。操作系统为每个进程单独处理此映射。
当您通过指针访问内存时，CPU 会查看指针指定的虚拟地址的映射，并检查后面是否有真实的物理内存。根据您正在尝试的操作，执行额外的检查以验证您对该内存块具有读取或写入访问权限。
如果没有映射到该地址的内存，CPU 将生成硬件中断。操作系统捕获该中断并 - 通常 - 为调用进程发出 sigsegv 信号。
包含地址的零页NULL通常被有意地保留为未映射，因此通常由编程错误导致的 NULL 指针访问很容易被捕获。
于 2015-06-16T11:39:43.070 回答
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首先空指针访问不一定是无效的。通常，操作系统的程序加载器或链接器（取决于系统）设置进程以便不映射虚拟地址空间中的最低页面。
许多这样做的系统还允许应用程序映射第一页，使空引用有效。
检查 NULL 指针的方式与检查所有其他内存地址的方式相同：通过 CPU 的逻辑地址转换。
每次处理器访问内存（忽略缓存）时，它都会在进程的页表中查找地址。如果没有相应的条目，则处理器触发访问错误（在 Unix 变体中，该错误被转换为信号）。
如果页表中有地址条目，则处理器检查该页允许的访问。如果您处于用户模式并尝试访问受内核保护的页面，则会触发错误。如果您尝试写入只读页面，则会触发错误。如果您尝试执行不可执行的页面，则会触发错误。
这是一个相当冗长的话题。如果您想了解有关该主题的更多信息，您需要了解逻辑内存转换（有时是错误命名的虚拟内存）。
于 2015-06-16T15:49:41.713 回答
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当指针被取消引用或访问无效地址Memory Management Unit时，它在异常触发中起着关键作用。NULL
MMU在每次访问时执行的正常虚拟到物理内存映射过程中RAM，未定义的地址根本不会在MMU descriptors. 如果发生在操作系统内核空间中，或者只是在用户空间域中进行进程终止和清理，这可能会产生灾难性的后果。
于 2015-06-16T11:38:48.470 回答
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...操作系统（比如linux）如何确定何时可以访问代码中某处的空地址，而不必访问代码中的每个指针地址？
好吧，如果不访问指针，操作系统就无法确定 NULL 取消引用。来自wiki的分段错误：
在计算中，分段错误（通常简称为 segfault）或访问冲突是由具有内存保护的硬件引发的故障，通知操作系统（OS）内存访问冲突；在 x86 计算机上，这是一般保护故障的一种形式。作为响应，操作系统内核通常会执行一些纠正措施，通常通过向进程发送信号将故障传递给有问题的进程......
内存访问冲突是运行时事件，除非存在无效访问，否则操作系统不会向进程发出信号。
FWIW，允许进程访问为其分配的内存（在虚拟地址空间中）。分配的虚拟地址空间之外的任何地址，如果被访问，将产生一个错误（通过 MMU），进而产生分段错误。
TL;DR - SIGSEV 是在遇到 NULL 指针取消引用时生成的，而不是在那之前。此外，操作系统本身不会检测到错误访问，而是由内存管理单元通过引发故障通知操作系统。
于 2015-06-16T11:38:51.337 回答
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Linux 从硬件获得这种支持。处理器被告知各个内存区域的用途及其可用性。如果访问“不可用”的内存区域，处理器会通知操作系统该问题并且操作系统会通知应用程序。
这意味着两件事：
- 没有与检查所有指针是否为 NULL 值相关的软件开销。
- 没有对允许的指针值的精确检查。
换句话说，如果您的指针指向“可用”内存的任何位置，那么硬件单元将无法识别问题。
于 2015-06-16T11:43:05.467 回答