兩級(jí)頁(yè)表如何實(shí)現(xiàn)地址轉(zhuǎn)換:
- 頁(yè)表:是一種特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),記錄著頁(yè)面和頁(yè)框的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(映射表)
- 頁(yè)表的作用:是內(nèi)存非連續(xù)分區(qū)分配的基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)從邏輯地址轉(zhuǎn)化成物理地址。
- (1) 按照地址結(jié)構(gòu)將邏輯地址拆成三個(gè)部分。
- (2) 從PCB中讀取頁(yè)目錄起始地址,再根據(jù)一級(jí)頁(yè)號(hào)查頁(yè)目錄表,找到下一級(jí)頁(yè)表在內(nèi)存中存放位置。
- (3) 根據(jù)二級(jí)頁(yè)號(hào)查表,找到最終想要訪(fǎng)問(wèn)的內(nèi)存塊號(hào)。
- (4) 結(jié)合頁(yè)內(nèi)偏移量得到物理地址。
虛擬存儲(chǔ)技術(shù)
再解決了頁(yè)必須連續(xù)存放的問(wèn)題后,再看如何第二個(gè)問(wèn)題:沒(méi)有必要讓整個(gè)頁(yè)表常駐內(nèi)存,因?yàn)檫M(jìn)程一段時(shí)間內(nèi)可能只需要訪(fǎng)問(wèn)某幾個(gè)特定的頁(yè)面。
解決方案:可以在需要訪(fǎng)問(wèn)頁(yè)面時(shí)才把頁(yè)面調(diào)入內(nèi)存——虛擬存儲(chǔ)技術(shù)(后面再說(shuō))??梢栽陧?yè)表中增加一個(gè)標(biāo)示位,用于表示該頁(yè)表是否已經(jīng)調(diào)入內(nèi)存。
應(yīng)用
若采用多級(jí)頁(yè)表機(jī)制,則各級(jí)頁(yè)表的大小不能超過(guò)一個(gè)頁(yè)面。
舉例說(shuō)明,某系統(tǒng)按字節(jié)編址,采用40位邏輯地址,頁(yè)面大小為4KB,頁(yè)表項(xiàng)大小為4B,假設(shè)采用純頁(yè)式存儲(chǔ),則要采用()級(jí)頁(yè)表,頁(yè)內(nèi)偏移量為()位?
頁(yè)面大小 = 4KB,按字節(jié)編址,因此頁(yè)內(nèi)偏移量為12位。
頁(yè)號(hào) = 40 - 12 = 28位。
頁(yè)面大小 = 4KB,頁(yè)表項(xiàng)大小 = 4B,則每個(gè)頁(yè)面可存放1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng)。因此各級(jí)頁(yè)表最多包含1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng),需要10個(gè)二進(jìn)制位才能映射到1024個(gè)頁(yè)表項(xiàng),因此每級(jí)頁(yè)表對(duì)應(yīng)的頁(yè)號(hào)應(yīng)為10位二進(jìn)制。共28位的頁(yè)號(hào)至少要分為3級(jí)。
1、 進(jìn)程的4G 線(xiàn)性空間被劃分成三個(gè)部分:進(jìn)程空間(0-3G)、內(nèi)核直接映射空間(3G – high_memory)、內(nèi)核動(dòng)態(tài)映射空間(VMALLOC_START - VMALLOC_END)
2、 三個(gè)空間使用同一張頁(yè)目錄表,通過(guò) CR3 可找到此頁(yè)目錄表。但不同的空間在頁(yè)目錄表中頁(yè)對(duì)應(yīng)不同的項(xiàng),因此互相不沖突
3、 內(nèi)核初始化以后,根據(jù)實(shí)際物理內(nèi)存的大小,計(jì)算出 high_memory、VMALLOC_START、VMALLOC_END 的值。并為“內(nèi)核直接映射”空間建立好映射關(guān)系,所有的物理內(nèi)存都可以通過(guò)此空間進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。
4、 “進(jìn)程空間”和“內(nèi)核動(dòng)態(tài)映射空間”的映射關(guān)系是動(dòng)態(tài)建立的(通過(guò)缺頁(yè)異常)
假設(shè)在有三個(gè)線(xiàn)性地址 addr1, addr2, addr3 ,分別屬于三個(gè)線(xiàn)性空間不同部分(0-3G、3G-high_memory、vmalloc_start-vmalloc_end),但是最終都映射到物理頁(yè)面1:
1、 三個(gè)地址對(duì)應(yīng)不同的頁(yè)表和頁(yè)表項(xiàng)
2、 但是頁(yè)表項(xiàng)的高 20bit 肯定是1,表示物理頁(yè)面的索引號(hào)是1
3、 同時(shí),根據(jù)高 20 bit,可以從 mem_map[] 中找到對(duì)應(yīng)的 struct page 結(jié)構(gòu),struct page 用于管理實(shí)際的物理頁(yè)面(就是實(shí)際物理頁(yè)面的物理地址了,到這里就不繞彎子了,順便想到高速緩沖的匹配命中操作是用哈希表,換算出的要訪(fǎng)問(wèn)的實(shí)際物理地址拿到哈希表的輸入計(jì)算一下哈希值,看看有沒(méi)命中)(紅線(xiàn))
4、 從線(xiàn)性地址最終的,根據(jù)頁(yè)目錄表,頁(yè)表,可以找到物理地址
5、 Struct page 和物理地址之間很容易互相轉(zhuǎn)換
6、 從物理地址,可以很容易的反推出在內(nèi)核直接映射空間的線(xiàn)性地址(藍(lán)線(xiàn))。要想得到在進(jìn)程空間或者內(nèi)核動(dòng)態(tài)映射空間的對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性地址,則需要遍歷相應(yīng)的“虛存區(qū)間”鏈表。
關(guān)于頁(yè)目錄表:
1、 每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)屬于自己的頁(yè)目錄表,可通過(guò) CR3 寄存器找到
2、 而內(nèi)核也有一個(gè)獨(dú)立于其它進(jìn)程的頁(yè)目錄表,保存在 swapper_pg_dir[] 數(shù)組中
3、 當(dāng)進(jìn)程切換的時(shí)候,只需要將新進(jìn)程的頁(yè)目錄把地址加載到 CR3 寄存器中即可
4、 創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程的時(shí)候,需要為它分配一個(gè) page,作為頁(yè)目錄表,并將 swapper_pg_dir[] 的高 256 項(xiàng)拷貝過(guò)來(lái),低 768 項(xiàng)則清0
linux0.11版本,所有進(jìn)程共享同一個(gè)頁(yè)目錄而各自使用不同的頁(yè)表,該共享的頁(yè)目錄就放在物理地址最前面的4k
標(biāo)題:Linux系統(tǒng)文件頁(yè)表目錄和頁(yè)表結(jié)構(gòu)(圖文詳解)
原文作者:玩轉(zhuǎn)Linux內(nèi)核,地址:https://zhuanlan.zhihu.com/p/429914858 轉(zhuǎn)載注明來(lái)源
-
嵌入式
+關(guān)注
關(guān)注
5054文章
18917瀏覽量
301018 -
內(nèi)核
+關(guān)注
關(guān)注
3文章
1351瀏覽量
40160 -
Linux
+關(guān)注
關(guān)注
87文章
11182瀏覽量
208533
發(fā)布評(píng)論請(qǐng)先 登錄
相關(guān)推薦
評(píng)論