Linux內核系列—6.操作系統開發之內存分頁機制，linux分頁

Linux內核系列—6.操作系統開發之內存分頁機制，linux分頁

a.概述

頁尺寸是4KB，頁表每個表項占4字節，CR3寄存器給出了頁目錄的物理基地址；頁目錄給出了所有頁表的物理地址，而每個頁表給出了它所包含的頁的物理地址。

處理器的頁部件專門負責線性地址到物理地址的轉換工作。它首先將段部件送來的32位線性地址截成3段，分別是高10位、中間的10位和低12位。高10位是頁目錄的索引，中間10位是頁表的索引，低12位則作為頁內偏移來用。

假如某個任務加載後，操作系統根據它的實際情況在其4GB虛擬地址空間裡創建了一個段，段的起始地址為0x00800000，段界限值為0x5000，字節粒度。當該任務執行時，段寄存器DS指向該段。又假設執行了下面一條指令：

mov edx,[0x1050]

此時，段部件會輸出線性地址0x00801050。在沒有開啟分頁機制時，這就是要訪問的物理內存地址，但現在開啟了分頁機制，這是一個虛擬地址，要經過頁部件的轉換才能得到物理地址。

當前任務頁目錄的物理地址在處理器的CR3寄存器中，假設它的內容為0x00005000.段管理部件輸出的線性地址是0x00801050，其二進制的形式為0000 0000 1000 0000 0001 0000 0101 0000.高10位為0000000010，也就是十六進制的0x002，它是頁目錄表內的索引，處理器將它乘以4（因為每個目錄項為4字節），作為偏移量訪問頁目錄。最終，處理器從物理地址00005008處取得頁表的物理地址0x08001000.

頁目錄表的表項簡稱PDE，頁表的表項簡稱PTE。分頁機制是否生效的開關位於cr0的最高位PG位。如果PG=1，則分頁機制生效。

b.源碼

PageDirBase		equ	200000h	; 頁目錄開始地址: 2M
PageTblBase		equ	201000h	; 頁表開始地址: 2M+4K

LABEL_DESC_PAGE_DIR: Descriptor PageDirBase, 4095, DA_DRW;Page Directory
LABEL_DESC_PAGE_TBL: Descriptor PageTblBase, 1023, DA_DRW|DA_LIMIT_4K;Page Tables

SelectorPageDir		equ	LABEL_DESC_PAGE_DIR	- LABEL_GDT
SelectorPageTbl		equ	LABEL_DESC_PAGE_TBL	- LABEL_GDT

; 啟動分頁機制 --------------------------------------------------------------
SetupPaging:
    ...

PageDirBase和PageTblBase指定了頁目錄表和頁表在內存中的位置。頁目錄表位於地址2MB處，有1024個表項，占用4KB空間。

PDE（左）和PTE（右）格式如下：

cr3的結構如下圖，cr3又叫PDBR，它的高20位將是頁目錄表首地址的高20位，頁目錄表首地址的低12位會是零，也就是說，頁目錄表會是4KB對齊的。類似的，PDE中的頁表基址以及PTE中的頁基址也是用高20位來表示4KB對齊的頁表和頁。

運行結果如下：

【源碼】