页表 Page tables

2021年11月20日 阅读数:10
这篇文章主要向大家介绍页表 Page tables,主要内容包括基础应用、实用技巧、原理机制等方面,希望对大家有所帮助。
逻辑地址与物理地址的转化

页表是由页表项(PTE)组成的数组。512个PTE构成一个页表页(Page-table page)。数组

PTE中包含了物理页码(PPN physical page number)以及一些标志,来控制物理空间块的读写访问权限。函数

物理地址与虚拟地址的映射为三层树形结构,每一层存储下一层页表页的地址,最后一层存储物理地址的PTE。ui

(我的理解:计算机中的物理地址被逻辑性理解成了页面+偏移量,其本质没发生变化,依旧是某一内存单元的编号)指针

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​ 图 PTE的格式code

代码解析

walk函数用来得到逻辑地址(va virtual address)的所在物理地址(pa physical address)的PTE (通常都是对整个page作操做,不多有对某个特定地址进行操做,因此是得到该va所在page的PTE,主要操做包括对其标志位进行处理)blog

主要展现了逻辑地址是如何转换成物理地址的,这是分页机制最核心的一个部分three

page和上篇exec提到的segment共同组成计算机中虚拟内存机制内存

// Return the address of the PTE in page table pagetable
// that corresponds to virtual address va.  If alloc!=0,
// create any required page-table pages.
//
// The risc-v Sv39 scheme has three levels of page-table
// pages. A page-table page contains 512 64-bit PTEs.
// A 64-bit virtual address is split into five fields:
//   39..63 -- must be zero.
//   30..38 -- 9 bits of level-2 index.
//   21..29 -- 9 bits of level-1 index.
//   12..20 -- 9 bits of level-0 index.
//    0..11 -- 12 bits of byte offset within the page.

//返回逻辑地址va所对应的PTE的指针
pte_t *
walk(pagetable_t pagetable, uint64 va, int alloc)
{
  if(va >= MAXVA)
    panic("walk");

  for(int level = 2; level > 0; level--) {
    //PX(level,va) 获取level对应的PTE 如上图的L2
    //以L2为例,这里得到了L2在第三级页表页中位置编号
    //至关于物理地址的偏移量
    pte_t *pte = &pagetable[PX(level, va)];
    // PTE_V valid 表示PTE是否合法
    if(*pte & PTE_V) {
      //PTE2PA 将PTE转换成实际的物理地址
      //这个物理地址即第二级页表页的起始地址
      pagetable = (pagetable_t)PTE2PA(*pte);
    } else {
      //若是PTE_V=0 说明第二级页表页还未建立,则建立一个 
      if(!alloc || (pagetable = (pde_t*)kalloc()) == 0)
        return 0;
      //用0填充
      memset(pagetable, 0, PGSIZE);
      //而后将PTE_V置 1
      *pte = PA2PTE(pagetable) | PTE_V;
    }
  }
 
  return &pagetable[PX(0, va)];
}

附:get

typedef uint64 pte_t;
typedef uint64 *pagetable_t; // 512 PTEs

// extract the three 9-bit page table indices from a virtual address.
#define PXMASK          0x1FF // 9 bits
#define PXSHIFT(level)  (PGSHIFT+(9*(level)))
#define PX(level, va) ((((uint64) (va)) >> PXSHIFT(level)) & PXMASK)

#define PTE_V (1L << 0) // valid
#define PTE_R (1L << 1)
#define PTE_W (1L << 2)
#define PTE_X (1L << 3)
#define PTE_U (1L << 4) // 1 -> user can access

// shift a physical address to the right place for a PTE.
#define PA2PTE(pa) ((((uint64)pa) >> 12) << 10)

#define PTE2PA(pte) (((pte) >> 10) << 12)

可执行文件以节section划分部分,载入内存后,以段segment划分部分,换了个名字(大概)it