Linux内存管理 - 页表的映射过程初步了解

Posted 2021-06-02 bcbobo21cn

Linux下的页表映射分为两种，一是Linux自身的页表映射，另一种是ARM32 MMU硬件的映射。

为什么会分两种；看一下什么是MMU；

MMU是Memory Management Unit的缩写，中文名是内存管理单元，有时称作分页内存管理单元（英语：paged memory management unit，缩写为PMMU）。
它负责处理中央处理器（CPU）的内存访问请求的计算机硬件。它的功能包括虚拟地址到物理地址的转换（即虚拟内存管理）、内存保护、中央处理器高速缓存的控制；

MMU位于处理器内核和连接高速缓存以及物理存储器的总线之间。当处理器内核取指令或者存取数据的时候，都会提供一个有效地址(effective address)，或者称为逻辑地址、虚拟地址。这个地址是可执行代码在编译的时候由链接器生成的。有效地址不需要和系统的实际硬件物理地址相匹配，而是通过MMU将有效地址映射成对应的物理地址，以访问指令和数据。

很早时候的电脑有没有MMU，记不清；很早期还没虚拟地址的概念；按资料说，实际上MMU是为满足操作系统越来越复杂的内存管理而产生的；

1. ARM32页表映射
 由于ARM32和Linux内核维护的页表项有所不同，所以维护了两套PTE。

PGD存放在swapper_pd_dir中，一个PGD目录项其实包含了两份ARM32 PGD。

所以再分配PTE的时候，共分配了1024个PTE，512个给Linux OS维护用；512个给ARM32 MMU用，对应两个PGD的页表数目。

1.1 ARM32处理器查询页表

32bit的Linux采用三级映射：PGD-->PMD-->PTE，64bit的Linux采用四级映射：PGD-->PUD-->PMD-->PTE，多了个PUD。

缩写是PGD：Page Global Directory、PUD：Page Upper Directory、PMD：Page Middle Directory、PTE：Page Table Entry。

1.2 Linux页表映射相关数据结构

我们知道在map_lowmem()使用create_mapping()创建页表映射，这个函数的参数结构是struct map_desc。

下面来研究它的相关结构，有助于理解内核是如何处理页表映射的。

arch\\arm\\include\\asm\\mach\\map.h:

struct map_desc {
    unsigned long virtual;------虚拟地址起始地址
    unsigned long pfn;----------物理地址开始页帧号
    unsigned long length;-------内存空间大小
    unsigned int type;----------mem_types中的序号
};

......