当CPU要求地址高于0xC0000000时，如何执行地址转换（virt-> phy）？

Question

我想出了这个问题，因为我不明白在内核区域如何进行地址转换。

根据我的理解，要翻译0xC0000000以上的任何地址，我们只需要用PAGE_OFFSET减去此地址（除了内核初始化过程，我们需要一个8MB范围的页表）。但是，如果CPU执行需要地址的指令（例如0xF0000020），而系统只有256MB RAM，则没有意义。

由于上述原因，我认为内核确实有一个页表，允许MMU将0xC0000000以上的虚拟地址转换为物理地址。因此，在什么情况下我们可以直接减去PAGE_OFFSET，在什么情况下我们需要内核页表？

我可能在开始时出错，所以请更正。

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编辑

来自＆lt;＆lt;了解Linux虚拟内存管理器＆gt;＆gt;，它表示存在内核页表。现在，更加困惑......

  

3.6内核页表

     

系统首次启动时，未启用分页，因为页表不会   神奇地初始化自己。每个架构都以不同的方式实现   只讨论x86案例。页表初始化分为两个   阶段。引导阶段仅为8MiB设置页表，以便进行分页   单位可以启用。 第二阶段初始化其余页面表。我们   在以下部分中讨论这两个阶段。

     

3.6.1引导

     

...

     

3.6.2完成

     

负责完成页表的函数叫做paging_init（）。该   x86上此函数的调用图如图3.4所示。   

     

该函数首先调用pagetable_init（）来初始化必要的页表   引用ZONE_DMA和ZONE_NORMAL中的所有物理内存。记住这一点   ZONE_HIGHMEM中的高内存不能直接引用和映射   暂时设置它。对于内核使用的每个pgd，引导内存   调用allocator（参见第5章）为PGD和PSE分配页面   如果可以使用4MiB TLB条目而不是4KiB，则将设置位。如果是PSE   不支持bit，将为每个pmd t分配PTE的页面。如果是CPU   支持PGE标志，它也将被设置为使页表条目是全局的   并且对所有流程都可见。

     

接下来，pagetable_init（）调用fixrange_init（）来设置固定地址   从FIXADDR_START开始的虚拟地址空间末尾的空间映射。   这些映射用于诸如本地高级可编程之类的目的   中断控制器（APIC）和FIX_KMAP_BEGIN之间的原子kmappings   和kmap_atomic（）所需的FIX_KMAP_END。最后，函数调用   fixrang_init（）初始化正常高内存所需的页表条目   使用kmap（）进行映射。

     

在pagetable_init（）返回后，内核空间的页表现已完全显示   初始化，所以静态PGD（swapper_pg_dir）被加载到CR3寄存器中   现在，寻呼单元正在使用静态表。

     

paging_init（）的下一个任务是负责调用kmap_init（）   使用PAGE_KERNEL保护标志初始化每个PTE。最后的任务是   调用zone_sizes_init（），初始化所有使用的区域结构。

Answer 1

第一个900MB物理内存（如果存在）有一个线性映射，因此该内存的虚拟地址等于物理内存加PAGE_OFFSET。当然，如果内核想要将该内存用于其他目的，这并不会阻止相同的物理内存映射到进程的地址空间的其他位置。

Answer 2

尽管线性映射对于人类来说似乎很特殊，但它（通常）在MMU配置方面并不特殊。

  

正如您所说，要将虚拟地址从3G转换为3G + 900MB，我们可以使用PAGE_OFFSET直接减去这些地址。这是否意味着内核不需要任何页表？

仍需要这些表来解释到MMU的特定（线性）映射。虽然有一些特殊情况，如MIPS R3000。

  

但是，如果CPU执行需要地址的指令，例如0xF0000020

，这没有意义

我会问首先在该地址执行指令是否有意义。我的意思是，在具有256MB RAM的系统上，您不会仅仅遇到这样的请求（至少假设代码没有错误）。

让您感到困惑的一点是IMO：谁负责进行地址翻译？答案是（通常也是）MMU，用硬件实现。因此，页面表是MMU如何进行此类翻译的方式 - 这样做不是内核的责任。内核只需要配置MMU。

  

当CPU要求地址高于0xC0000000时，如何执行地址转换（virt-＆gt; phy）？

就像下面的地址一样。 This阅读可能会有所帮助。

Answer 3

实际上，您的用户空间程序甚至内核都使用虚拟寻址。这意味着每个内存请求都通过MMU。如果它通过MMU，它使用页表（参见x86上的CR3寄存器）

virtual addr --> MMU --> physical addr 

当你访问lowmem时，内核并没有使用一些神奇的优化。是的，lowmem是直接映射的，这就是为什么从人类的角度来看，你可以通过简单的减法将lowmem的虚拟地址转换为物理，但CPU通过内核页表进行翻译。