山东城市建设职业学院教务网网站,不用登录的游戏,做pc端网站适配,厦门做网站公司有哪些作者#xff1a;JIURL日期#xff1a;2015年10月30日分页机制Linux#xff08;x64CPU#xff09;使用基于分页机制的虚拟内存。每个进程有256TB#xff08;48位#xff09;的虚拟地址空间。基于分页机制#xff0c;这256TB地址空间的一些部分 被映射了物理内存#xff…作者JIURL日期2015年10月30日 分页机制 Linuxx64CPU使用基于分页机制的虚拟内存。每个进程有256TB48位的虚拟地址空间。基于分页机制这256TB地址空间的一些部分 被映射了物理内存一些部分什么也没有映射。程序中使用的都是256TB地址空间中的虚拟地址。而访问物理内存需要使用物理地址。 物 理地址(physical address):放在寻址总线上的地址。放在寻址总线上如果是读电路根据这个地址每位的值就将相应地址的物理内存中的数据放到数据总线中传输。如果 是写电路根据这个地址每位的值就将相应地址的物理内存中放入数据总线上的内容。物理内存是以字节(8位)为单位编址与寻址的。 虚拟地址(virtual address): 256TB虚拟地址空间中的地址程序中使用的都是虚拟地址。 如 果CPU相关寄存器中的分页标志位被设置那么执行内存操作的机器指令时CPU会自动根据相应转换结构PML4PDPTPDPT中的信息把 虚拟地址转换成物理地址完成该指令。比如mov eax,dword ptr[13FF3904Ch]就是把地址13FF3904Ch处的值赋给寄存器的汇编代码13FF3904Ch这个地址就是虚拟地址。CPU在执 行这行代码时发现寄存器中的分页标志位已经被设定就自动完成虚拟地址到物理地址的转换使用物理地址取出值完成指令。对于x86-64CPU 来说寄存器CR0的第31位是分页标志位为1表示使用分页为0表示不使用分页。对于初始化之后的 Linux 我们通过qemu monitor 观察 CR0发现第31位的值为1。表明Linux是使用分页的。有多个寄存器中的控制位与分页有关具体细节可以参考Intel软件开发手册。 x86-64 CPU的实际虚拟地址大小为48位64位中的低48位高16位不用于地址转换可寻址256TB地址空间。x86-64 CPU的实际物理地址大小不同的CPU不相同但最大不超过52位。可以通过机器指令cpuid来查询该CPU的实际虚拟地址长度和实际物理地址长度。 例如我查询了两台计算机虚拟地址的大小两台计算机都为0x3016进制30就是十进制48物理地址的大小一台计算机为0x2416进制24就 是十进制3636位可寻址64GB另一台计算机为0x2716进制27就是十进制3939位可寻址512GB。为了后面的叙述方便我们把 CPU实际物理地址的位数叫做M比如对于物理地址大小为36位的CPUM就是36。 使用了分页机制之后256TB的地址空 间被分成了固定大小的页有三种大小4KB2MB1GB每一页或者被映射到物理内存或者没有映射任何东西。对于一般程序来说256TB的地 址空间只有一小部分沧海一粟映射了物理内存大片大片的部分是没有映射任何东西。物理内存也被分页来映射地址空间。对于x86-64页的大小有 三种分别是4KB2MB1GB。CPU用来把虚拟地址转换成物理地址的信息存放在叫做page map level 4 page directory pointerpagedirectory页目录pagetable页表的结构里。每个进程都有自己的一套 PML4PDPTPDPT结构。一个进程中的虚拟地址最多需要四级转换来得到对应的物理地址。 物理内存分页一个物理页 的大小为4KB第0个物理页从物理地址 0x0000000000000000处开始大小为4KB0x1000B第1个物理页从物理地址 0x0000000000001000 处开始。第2页从物理地址0x0000000000002000处开始。由于页的大小是4KB所以只需要64位的地址中的M-12bit低12bit 之后来寻址物理页。 pagetable页表一个页表的大小为4KB放在一个物理页中。由512个8字节的PTE页表项组成。页表项的大小为8个字节64 位所以一个页表中有512个页表项。页表中的每一项的内容每项8个字节64位低12位之后的M-12位用来放一个物理页的物理地址低 12bit放着一些标志。 pagedirectory页目录一个页目录大小为4KB放在一个物理页中。由512个8字节的PDE页目录项组成。页目录项的大小为8 个字节64位所以一个页目录中有512个页目录项。页目录中的每一项的内容每项8个字节64位低12位之后的M-12位用来放一个页表页表 放在一个物理页中的物理地址低12bit放着一些标志。 pagedirectory pointer表一个page directorypointer表大小为4KB放在一个物理页中。由512个8字节的PDPTE项组成。PDPTE项的大小为8个字节64位所 以一个pagedirectory pointer表中有512个PDPTE。page directorypointer表中的每一项的内容每项8个字节64位低12位之后的M-12位用来放一个页目录页目录放在一个物理页中的物 理地址低12bit放着一些标志。 page maplevel 4表一个page map level4表大小为4KB放在一个物理页中。由512个8字节的PML4E项组成。PML4E项的大小为8个字节64位所以一个pagemap level 4表中有512个PML4E。page map level4表中的每一项的内容每项8个字节64位低12位之后的M-12位用来放一个page directory pointer表pagedirectory pointer表放在一个物理页中的物理地址低12bit放着一些标志。 对于x86-64系统page map level 4表的物理地址放在CPU的CR3寄存器中。 CPU把虚拟地址转换成物理地址 一 个虚拟地址大小8个字节64位实际只使用低48位包含着找到物理地址的信息分为5个部分第39位到第47位这9位最高9位 是pagemap level 4表中的索引第30位到第38位这9位是page directorypointer表中的索引第21位到第29位这9位是页目录中的索引第12位到第20位这9位是页表中的索引第0位到第11位 这12位低12位是页内偏移。对于一个要转换成物理地址的虚拟地址CPU首先根据CR3中的值找到pagemap level4表所在的物理页然后根据虚拟地址的第39位到第47位这9位最高9位的值作为索引找到相应的PML4E项PML4E项中有这个虚 拟地址所对应的pagedirectory pointer表的物理地址。有了page directorypointer表的物理地址根据虚拟地址的第30位到第38位这9位的值作为索引找到该page directorypointer表中相应的PDPTE项PDPTE项中有这个虚拟地址所对应的页目录的物理地址。有了页目录的物理地址根据虚拟地 址的第21位到第29位这9位的值作为索引找到该页目录中相应的页目录项页目录项中有这个虚拟地址所对应的页表的物理地址。有了页表的物理地址根据 虚拟地址的第12位到第20位这9位的值作为索引找到该页表中相应的页表项页表项中有这个虚拟地址所对应的物理页的物理地址。最后用虚拟地址的最低 12位也就是页内偏移加上这个物理页的物理地址就得到了该虚拟地址所对应的物理地址。 一个page maplevel 4表有512项虚拟地址从48位向低走的9位刚好可以索引512项2的9次方等于512一个pagedirectorypointer表有 512项虚拟地址接下来的9位刚好索引512项。一个页目录有512项虚拟地址接下来的9位刚好索引512项。一个页表有512项虚拟地址接下来的 9位刚好索引512项。虚拟地址最低的12位2的12次方等于4096作为页内偏移刚好可以索引4KB也就是一个物理页中的每个字节。 一 个虚拟地址转换成物理地址的计算过程就是处理器通过CR3找到当前page map level4表所在物理页取虚拟地址从48位向低走的9位然后把这9位右移3位因为每个PML4E项8个字节长右移3位相当于乘8得到在该页 中的地址取出该地址处的PML4E8个字节就找到了该虚拟地址对应pagedirectorypointer表所在物理页然后同样方法依次 找出该虚拟地址对应的页目录所在物理页该虚拟地址对应的页表所在物理页该虚拟地址对应的物理页的物理地址最后将虚拟地址对应的物理页的物理地址加上 12位的页内偏移得到了物理地址。 48位的一个指针可以寻址范围0x000000000000-0xFFFFFFFFFFFF256TB大小。也就是说一个48位的指针可以寻址整个256TB地址空间的每一个字节。一个页表项负责4KB的地址空间和物理内存的映射一个页表512项也就是负责512*4KB2MB的地址空间的映射。一个页目录项对应一个页表。一个页目录有512项也就对应着512个页表每个页表负责2MB地址空间的映射512个页表负责512*2MB1GB的地址空间映射。一个PDPTE项对应一个页目录。一个page directorypointer表有512项也就对应着512个页目录每个页目录负责1GB地址空间的映射。512个页目录负责512*1GB512GB的地址空间映射。一 个page map level 4表项对应一个page directory pointer表。一个page maplevel 4表有512项也就对应着512个page directory pointer表每个page directorypointer表负责512GB地址空间的映射。512个page directorypointer表负责512*512GB256TB的地址空间映射。一个进程有一个page map level4表。所以以页为单位一套PML4PDPTPDPT结构可以保证256TB的地址空间中的每页和物理内存的映射。 一 个虚拟地址在转换过程中如果发现对应的PDPTE项的PS位为0则继续之后的转换步骤如果发现对应的PDPTE项的PS位为1则本PDPTE项中的 物理地址就是该虚拟地址对应的一个大小为1GB物理页的地址该虚拟地址之后的30位为这个1GB物理页的页内偏移就可以得到该虚拟地址对应的物理地 址。 一个虚拟地址在转换过程中如果发现对应的页目录项的PS位为0则继续之后的转换步骤如果发现对应的页目录项的PS位为1 则本页目录项中的物理地址就是该虚拟地址对应的一个大小为2MB物理页的地址该虚拟地址之后的21位为这个2MB物理页的页内偏移就可以得到该虚拟 地址对应的物理地址。 虚拟地址48位寻址256TB。48位地址9bit9bit9bit9bit12bit。每一级表的大小都为4KB。表项大小8B64位所以每个表512项。4级转换CR3- page map level 4表- page directorypointer表- 页目录- 页表- 得到物理地址。一个PTE项对应4KB地址范围。一张PT表对应512*4KB2MB地址范围。一个PDE项对应2MB地址范围。一张PD表对应512*2MB1GB地址范围。一个PDPTE项对应1GB地址范围。一张PDPT表对应512*1GB512GB地址范围。一个PML4E项对应512GB地址范围。一张PML4表对应512*512GB256TB地址范围。页大小有3种4KB2MB1GB。 每 个进程都有自己的256TB地址空间0000000000000000 - 00007fffffffffff 和ffff800000000000 - ffffffffffffffff 。因为CPU会忽略高16位所以相当于000000000000 - 7fffffffffff 和 800000000000 -ffffffffffff。因为CPU有特殊规定被忽略的高16位的每一 位必须等于第47位的值并会做检查不符合规定将引发异常。000000000000 -7fffffffffff的第47位是0所以高16位也必须都为0。800000000000 -ffffffffffff的第47位是1所以高16位也必须都为1。每个进程都有自己的256TB地址空间通过每个进程自己的一套 PML4PDPTPDPT结构来实现。由于每个进程有自己的一套PML4PDPTPDPT结构所以每个进程的地址空间映射的物理内存是不一 样的。两个进程的同一个虚拟地址处如果都有物理内存映射的值一般是不同的因为他们往往对应不同的物理页。 256TB地址空间 中低128TB0x000000000000-0x7fffffffffff是用户地址空间256TB地址空间中高 128TB0x800000000000-0xffffffffffff是系统地址空间。访问系统地址空间需要程序有ring0的权限。未完待续...微博http://weibo.com/ddqqppb邮箱thejiurl163.comQQ6291898欢迎交流。 转载于:https://www.cnblogs.com/jiurl/p/4925007.html
