深入理解linux内核-内存寻址

逻辑地址：由一个段和偏移量组成的地址
线性地址(虚拟地址)：
物理地址：CPU的物理地址线相对应的地址32或36位

多处理器系统中每个CPU对应一个GDT

局部线程存储：用于线程内部的各个函数调用都能访问、但其它线程不能访问的变量。

内存分页

页表、页目录包含字段：
present   1表示页表或页在主存中 0表示页表不在主存中或其他情况
field 　　 包含物理地址的高位地址
accessed 1表示该页被访问过。进行页交换时使用
dirty （页表项）1表示被写过，进行页交换时使用
read/write　　　　0只读 1可读写
user/supervisor    0只有内核态才能寻址 1都能寻址
pcd/pwd 　　PCD 0表示开启高速缓存 1表示关闭高速缓存、PWD 0表示回写 1表示通写 （linux中总是开启高速缓存并且回写方式）
page size （页目录）1说明该页目录启用扩展分页功能（使用pagesize标 记为1表示产生缺页异常的原因不是因为缺页（应该是写时复制吧？？？？））？？？？？两种用法冲突？

global （页表）1说明该页为常用页，防止从TLB高速缓存中刷出去？？？？？

 

present =0 pagesize=1预计是写时复制

present=0 dirty=1　非线性磁盘文件映射

 

32位分页：10+10+12

32位扩展分页（extended paging）：10+22 

物理地址扩展分页（PAE）：

 页表项64位 4K的页中包含512项2^9

pdpt+2+9+9+12

extended paging+PAE分页：pdpt+2+9+21

64位系统分页：

alpha：物理43　　　 10+10+10+13

ia64：物理39　　　　9+9+9+12

ppc64：物理41　　　  10+10+9+12

sh64：物理41　　　　10+10+9+12

x86_64:物理48　　　　9+9+9+9+12

硬件高速缓存

缓存的最小单位是行。L1_CACHE_BYTES表示缓存行大小

假设高速缓存每个字有4字节，每行有4个字，每组有8行，两路组关联。

则高位地址用于验证是否缓存，地址bit[7:4]在组中选择行，地址bit[3:0]在行中选择字节。

并且指定内存行可以缓存在cache中的两个位置（两路）

 

直接映射：一个内存行只有一个可映射位置时（一路），容易造成内存颠簸

通写：既写高速缓存又写RAM

回写：只写高速缓存，只有CPU要求刷新高速缓存控制器时，才会写回RAM

 linux对所有页都采用启用高速缓存，并且启动回写策略。

TLB（转换后援缓冲器）

每个CPU有自己的TLB

每次线性地址转换时，记录线性地址到物理地址的转换关系。下次转换时用于加速。

CPU间TLB项不必同步，因为不同进程的线性地址可能对应不同的物理地址。

提供的方法：

flush_tlb_all　　　　　　　　刷新所有TLB表项（包括global标志表项）　　　　　　改版内核页表项时

flush_tlb_kernel_range　　 刷新线性地址范围内的TLB（包括global标志表项）　　更换一个范围内的内核页表项时

flush_tlb　　　　　　　　　　刷新当前进程拥有的非全局TLB　　　　　　　　　　　进程切换时

flush_tlb_mm　　　　　　　　刷新指定进程拥有的非全局TLB　　　　　　　　　　　创建新的子进程时

flush_tlb_range　　　　　　刷新指定进程线性地址范围内的TLB　　　　　　　　  释放某个进程的特定线性地址空间时

flush_tlb_pgtables　　　　  刷新指定进程中特定的相邻页表集相关的TLB　　　　　释放进程的一些页表时

flush_tlb_page　　　　　　刷新指定进程中单个页表项相关的TLB　　　　　　　　处理缺页异常时

非全局TLB的刷新（用户态地址空间）

页表不同的两个普通进程切换时刷新

SMP架构下，两个CPU可能访问相同页表集，因此互相之间需要通知，但是在内核态时，可能没必要刷新TLB。 

内核态时处于懒惰模式，所有对应TLB刷新操作都记录下来。只有当后续切换到这个页表集的用户态时才会应用该操作。（避免非必要的刷新操作） 

记录的信息包括当前内存描述符、懒惰状态。每个内存描述符中记录所有使用该描述符的CPU下标。

懒惰模式的CPU收到该中断后清除对应自己CPU的下标：1。之后的内存描述符更新将不会通知该CPU。2。CPU切换到相同页表集也会刷新非全局TLB

全局TLB刷新？？？

线性地址字段

PAGE_SHIFT　　页内偏移字段的位数

PAGE_MASK　　获得对应地址的页首地址

PMD_SHIFT　　页中间目录项可以映射区域大小的对数

PMD_MASK　　获得页中间目录项对应的首地址

PUD_SHIFT　　页上级目录项可以映射区域大小的对数

PUD_MASK　　获得页上级目录项对应的首地址

PGDIR_SHIFT   页全局目录项可以映射区域大小的对数

PGDIR_MASK　获得页全局目录项对应的首地址

内核页表

内核有自己的页表，叫做主内核页全局目录

为系统中每一个普通进程对应的页全局目录项提供参考模型

??????????第八章”非线路内存区的线性地址“解释如何确保对主内核页全局目录的修改传递高进程实际的页全局目录中???????

临时内核页表

保证在保护模式下：线性地址0x00000000和0xc0000000都能映射到0x00000000物理地址

线性地址空间

|用户区|物理内存映射区|8M|vmalloc区|4k|vmalloc区|8k|永久内核映射|固定映射的线性地址|

|3G     | 896M　　　　 |8M|

几种情况下页表的创建？？？？（小于896、大于4096）

固定映射的线性地址

该区域没有开启高速缓存（页PCD置位），并且线性地址和物理地址的映射关系是可以修改的，但特定线性地址用于什么功能是编译期固定的。

动态重映射