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设计页表其实就是设计内存布局#xff0c;不过在规划内存布局之前#xff0c;我们需要了解用户进程与操作系统之间的关系。
前面讲保护模式时#xff0c;我们知道…分页的第一步要准备好一个页表我们的页表是什么样子呢现在我们要设计一个页表啦。
设计页表其实就是设计内存布局不过在规划内存布局之前我们需要了解用户进程与操作系统之间的关系。
前面讲保护模式时我们知道为了计算机安全用户进程必须运行在低特权级当用户进程需要访问硬件相关的资源时需要向操作系统申请由操作系统去做之后将结果返回给用户进程。进程可以有无限多个而操作系统只有一个所以操作系统必须“共享”给所有用户进程。它们的关系见图: 上图不仅展示了用户进程共享操作系统的逻辑依赖关系还用插槽展示了它们的配合关系用户进程要想完成某件工作需要与操作系统结合在一起才行那用户进程和操作系统它们是什么关系呢
要完成一件事用户进程做的事情只能算个半成品您可以理解成用户的代码加上所需要的操作系统中的部分代码才算完整的程序为什么说是操作系统中的部分代码呢原因很简单因为操作系统严格来说是一套功能的集合用户进程所需要的部分可能仅仅是其中的一小小部分并不是所有功能都会用到。用户进程能用哪些功能是由操作系统决定的不是用户想用什么就用什么而是操作系统提供什么它就用什么。完整的程序概念见图 它和操作系统需要共同配合才能完成一件事它们的关系有如服务提供商和客户的关系。服务提供商提供一些服务客户只能用这些服务也就是说客户依赖于服务提供商提供的服务项目是服务提供商主导客户。比如咱们在网上买东西咱们只需要挑选好商品后写好地址然后下订单就成了。这事完了吗必须没有得拿到商品才算完事。所以之后的事情就交给电商了他们为你从库中挑选商品然后用物流送到您家这才拿到了商品到此才算完事了。
以上购物的例子就是典型的用户程序和操作系统的关系咱们挑商品下单这件事就相当于进程而网上的电商才是充当了操作系统的角色根据买家的需求找到所需要的资源然后通过物流将商品结果返回。
上述所说的用户进程和操作系统的关系都是基于用户进程共享操作系统。我们设计的页表也要满足这个基本要求共享。
如何在页表中实现共享呢这个简单只要操作系统属于用户进程的虚拟地址空间就好了。
说起来简单这该怎么做呢我们可以把4GB虚拟地址空间分成两部分一部分专门划给操作系统另一部分就归用户进程使用。比如我们之前都听说过操作系统在4GB内存的高地址用户进程在4GB内存的低地址。比如linux它就运行在虚拟地址的3GB以上其它用户进程都运行在3GB以下。
页表的设计是要根据内存分布情况来决定的我们也学习linux的作法在用户进程4GB虚拟地址空间的高3GB以上的部分划分给操作系统0~3GB是用户进程自己的虚拟空间。为了实现共享操作系统让所有用户进程3GB~4GB的虚拟地址空间都指向同一个操作系统也就是所有进程的虚拟地址3GB~4GB本质上都是指向的同一片物理页地址这片物理页上是操作系统的实体代码。实现起来也比较容易只要保证所有用户进程虚拟地址空间3GB~4GB对应的页表项中所记录的物理页地址是相同的就行啦。哈哈这句话确实有点长我自己也反复断句了几次不过这个在加载用户进程时咱们再细说在此我们只需要完成内存空间划分就行了。
以上我们讨论的结果是虚拟地址空间的0~3GB是用户进程3GB~4GB是操作系统。
本节内容摘自《操作系统真象还原》
