位置: 编程技术 - 正文

详解Linux系统内存寻址的分页机制(linux系统讲解)

编辑:rootadmin

推荐整理分享详解Linux系统内存寻址的分页机制(linux系统讲解),希望有所帮助,仅作参考,欢迎阅读内容。

文章相关热门搜索词:linux那些事儿,linux系统的样子,linux内核介绍,linux系统chia,linux系统chia,linux系统中,linux系统的样子,linux ne,内容如对您有帮助,希望把文章链接给更多的朋友!

分页机制在段机制之后进行,以完成线性—物理地址的转换过程。段机制把逻辑地址转换为线性地址,分页机制进一步把该线性地址再转换为物理地址。

硬件中的分页

分页机制由CR0中的PG位启用。如PG=1,启用分页机制,并使用本节要描述的机制,把线性地址转换为物理地址。如PG=0,禁用分页机制,直接把段机制产生的线性地址当作物理地址使用。分页机制管理的对象是固定大小的存储块,称之为页 (page)。分页机制把整个线性地址空间及整个物理地址空间都看成由页组成,在线性地址空间中的任何一页,可以映射为物理地址空间中的任何一页(我们把物理空间中的一页叫做一个页面或页框(page frame))。

使用4K字节大小的页。每一页都有4K字节长,并在4K字节的边界上对齐,即每一页的起始地址都能被4K整除。因此,把4G字节的线性地址空间,划分为1G个页面,每页有4K字节大小。分页机制通过把线性地址空间中的页,重新定位到物理地址空间来进行管理,因为每个页面的整个4K字节作为一个单位进行映射,并且每个页面都对齐4K字节的边界,因此,线性地址的低位经过分页机制直接地作为物理地址的低位使用。

为什么使用两级页表

假设每个进程都占用了4G的线性地址空间,页表共含1M个表项,每个表项占4个字节,那么每个进程的页表要占据4M的内存空间。为了节省页表占用的空间,我们使用两级页表。每个进程都会被分配一个页目录,但是只有被实际使用页表才会被分配到内存里面。一级页表需要一次分配所有页表空间,两级页表则可以在需要的时候再分配页表空间。

两级页表结构

两级表结构的第一级称为页目录,存储在一个4K字节的页面中。页目录表共有1K个表项,每个表项为4个字节,并指向第二级表。线性地址的最高位(即位~位)用来产生第一级的索引,由索引得到的表项中,指定并选择了1K个二级表中的一个表。

两级表结构的第二级称为页表,也刚好存储在一个4K字节的页面中,包含1K个字节的表项,每个表项包含一个页的物理基地址。第二级页表由线性地址的中间 位(即位~位)进行索引,以获得包含页的物理地址的页表项,这个物理地址的高位与线性地址的低位形成了最后的物理地址,也就是页转化过程输出的物理地址。

页目录项

第~位是位页表地址,由于页表地址的低位总为0,所以用高位指出位页表地址就可以了。因此,一个页目录最多包含个页表地址。

第0位是存在位,如果P=1,表示页表地址指向的该页在内存中,如果P=0,表示不在内存中。

第1位是读/写位,第2位是用户/管理员位,这两位为页目录项提供硬件保护。当特权级为3的进程要想访问页面时,需要通过页保护检查,而特权级为0的进程就可以绕过页保护。

第3位是PWT(Page Write-Through)位,表示是否采用写透方式,写透方式就是既写内存(RAM)也写高速缓存,该位为1表示采用写透方式

第4位是PCD(Page Cache Disable)位,表示是否启用高速缓存,该位为1表示启用高速缓存。

第5位是访问位,当对页目录项进行访问时,A位=1。

第7位是Page Size标志,只适用于页目录项。如果置为1,页目录项指的是4MB的页面,请看后面的扩展分页。

第9~位由操作系统专用,Linux也没有做特殊之用。

页面项

的每个页目录项指向一个页表,页表最多含有个页面项,每项4个字节,包含页面的起始地址和有关该页面的信息。页面的起始地址也是4K的整数倍,所以页面的低位也留作它用。

第~位是位物理页面地址,除第6位外第0~5位及9~位的用途和页目录项一样,第6位是页面项独有的,当对涉及的页面进行写操作时,D位被置1。

4GB的内存只有一个页目录,它最多有个页目录项,每个页目录项又含有个页面项,因此,内存一共可以分成×=1M个页面。由于每个页面为4K个字节,所以,存储器的大小正好最多为4GB。

详解Linux系统内存寻址的分页机制(linux系统讲解)

线性地址到物理地址的转换

位线性地址到物理地址的转换

1.CR3包含着页目录的起始地址,用位线性地址的最高位A~A作为页目录的页目录项的索引,将它乘以4,与CR3中的页目录的起始地址相加,形成相应页表的地址。

2.从指定的地址中取出位页目录项,它的低位为0,这位是页表的起始地址。用位线性地址中的A~A位作为页表中的页面的索引,将它乘以4,与页表的起始地址相加,形成位页面地址。

3.将A~A0作为相对于页面地址的偏移量,与位页面地址相加,形成位物理地址。

扩展分页

从奔腾处理器开始,Intel微处理器引进了扩展分页,它允许页的大小为4MB。

在扩展分页的情况下,分页机制把位线性地址分成两个域:最高位的目录域和其余位的偏移量。

页面高速缓存

由于在分页情况下,每次存储器访问都要存取两级页表,这就大大降低了访问速度。所以,为了提高速度,在中设置一个最近存取页面的高速缓存硬件机制,它 自动保持项处理器最近使用的页面地址,因此,可以覆盖K字节的存储器地址。当进行存储器访问时,先检查要访问的页面是否在高速缓存中,如果在, 就不必经过两级访问了,如果不在,再进行两级访问。平均来说,页面高速缓存大约有%的命中率,也就是说每次访问存储器时,只有2%的情况必须访问两级分页机构。这就大大加快了速度。

Linux中的分页机制

Linux使用了一个适合位和位系统的分页机制。

页全局目录

页顶级目录

页中间目录

页表

页全局目录包含若干页上级目录的地址,页上级目录又依次包含若干页中间目录的地址,而页中间目录又包含若干页表的地址。每一个页表项指向一个页框。线性地址因此被分成五个部分。图中没有显示位数,因为每一部分的大小与具体的计算机体系结构有关。

对于没有启用物理地址扩展的位系统,两级页表已经足够了。从本质上说,Linux通过使“页上级目录”位和“页中间目录”位全为0,彻底取消了页上级目录和页中间目录字段。不过,页上级目录和页中间目录在指针序列中的位置被保留,以便同样的代码在位系统和位系统下都能使用。内核为页上级目录和页中间目录保留了一个位置,这是通过把它们的页目录项数设置为1,并把这两个目录项映射到页全局目录的一个合适的目录项而实现的。

启用了物理地址扩展的 位系统使用了三级页表。Linux的页全局目录对应× 的页目录指针表(PDPT),取消了页上级目录,页中间目录对应×的页目录,Linux的页表对应×的页表。

最后,位系统使用三级还是四级分页取决于硬件对线性地址的位的划分。

总结

这里我们不讨论代码实现,只关注原理。从上面的讨论可以看到分页机制主要依赖硬件的实现。Linux采用的四级页表只是为了最大化兼容不同的硬件实现,单就IA架构的CPU来说,就有多种分页实现,常规分页机制,PAE机制等。

我们虽然讨论的是Linux的分页机制,实际上我们用了大部分篇幅来讨论Intel CPU的分页机制实现。因为Linux的分页机制是建立在硬件基础之上的,不同的平台需要有不同的实现。Linux在软件层面构造的虚拟地址,最终还是要通过MMU转换为物理地址,也就是说,不管Linux的分页机制是怎样实现的,CPU只按照它的分页实现来解读线性地址,所以Linux传给CPU的线性地址必然是满足硬件实现的。例如说:Linux在位CPU上,它的四级页表结构就会兼容到硬件的两级页表结构。可见,Linux在软件层面上做了一层 抽象,用四级页表的方式兼容位和位CPU内存寻址的不同硬件实现。

在Linux服务器上安装使用Memcache 服务器端主要是安装memcache服务器端,目前的最新版本是memcached-1.3.0。下载:

Linux下sed命令使用全解析 一、Sed简介Sed:StreamEditor流式编辑器又称行编辑器,每次只编辑一行。Sed工作是在模式空间中进行的,并不操作源文件。对源文件无危害。二、Sed使用

Linux系统中用户管理的基本命令整理 认识一下linux的权限管理其实认的不是你的用户名和密码而是识别的你的UID和GID说白了,就是你的用户ID和群组ID复制代码代码如下:cat/etc/passwd/pproot:x:0:0:

标签: linux系统讲解

本文链接地址:https://www.jiuchutong.com/biancheng/353308.html 转载请保留说明!

上一篇:深入理解Linux内存寻址的分段机制(深入理解linux内核架构)

下一篇:在Linux服务器上安装使用Memcache(linux在服务器领域的应用状况)

  • 浙江税务网上办税大厅官网
  • 承兑贴现几个点是月息还是年息
  • 飞机票退票费如何记账
  • 小规模增值税税率表
  • 企业的车辆因违法停放
  • 计提个人社会保险费
  • 委托企业和受托企业是什么意思
  • 部门会议要点
  • 可供分配利润包含哪些
  • 一般纳税人存货采购成本包括
  • 小规模租赁税是怎么征收的
  • 公司银行利息要交税吗
  • 工伤抚恤金算遗产吗
  • 营改增后银行增值税如何缴纳
  • 所得税相关分录
  • 公司发的奖金可以直接公司账户转账给员工吗?
  • 税务局会限制每月交税吗
  • 电子发票缩小多少比例打印
  • 开外经证预缴税款金额需要自己计算吗?建筑行业
  • 案例分析正当防卫
  • 增值税附表一免税项目金额填不上
  • 滴滴发票报销是什么意思
  • 资金账簿印花税滞纳金怎么算
  • 建筑业跨区预缴增值税未预缴
  • 已进行账务处理怎么处理
  • 汇总表格怎么设置
  • 多交企业所得税怎么申请抵缴
  • 国税增值税定额计算公式
  • 没有进项发票的货物能算成本吗
  • mac版字体怎么安装
  • windows优化设置
  • 另一种答案
  • 房产企业预售收入怎么做账务处理
  • 如何办理车辆购置证变更手续
  • linux rm 命令
  • vue router 路由参数
  • 雪花算法时钟回拨
  • pytorch csdn
  • php禁用system用什么绕过
  • php读取文件内容的方法和函数
  • 应收账款期末余额在借方还是贷方
  • 免征的教育费附加怎么做账
  • 费用化支出需要摊销吗
  • spring boot dao
  • 厂房无偿使用交税吗
  • 经营范围中没有这个项目开票后果
  • 物业公司收到维修基金会计分录
  • 企业外购的无形资产的成本包括
  • 收到第三方补助怎么做账
  • 固定资产报废属于非流动资产处置损失吗
  • 主营业务成本账户年终结转后
  • 平均增长率计算公式怎么算
  • sql 超时时间
  • window放大之后怎么缩小
  • 如何禁用windows defender service
  • 服务器远程超出配置范围
  • linux系统中用户密码保存在什么文件中
  • ubuntu中安装vim
  • 简介linux系统中的10个常用命令及功能
  • proflwiz.exe - proflwiz是什么进程 有什么用
  • perfom.exe
  • win8创建系统映像
  • js函数调用函数
  • 后台运行bat定时器程序示例分享
  • Python常用时间操作总结【取得当前时间、时间函数、应用等】
  • js array insert
  • python3.6语法
  • linux多线程调试手段
  • 批处理之家官网
  • unity fixed update
  • js异步实现原理
  • jquery事件处理有哪些
  • javascript零基础入门
  • jquery实现轮播图步骤
  • Python Requests 基础入门
  • python中的编码
  • Android-Universal-Image-Loader 图片异步加载类库的使用
  • 医院开具的电子票据是发票吗
  • 赞颂税务工作者绝句
  • 美国对华征收关税的优点和不足
  • 免责声明:网站部分图片文字素材来源于网络,如有侵权,请及时告知,我们会第一时间删除,谢谢! 邮箱:opceo@qq.com

    鄂ICP备2023003026号

    网站地图: 企业信息 工商信息 财税知识 网络常识 编程技术

    友情链接: 武汉网站建设