Linux操作系统功能概述8

作者:佚名来源:mmkey.com搜集更新日期：2004-10-1 阅读次数：

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5.4 创建和维护页表【文摘园地】
请仔细弄清楚参与者的角色：是软件，也就是OS创建和维护页表，但是实际上是硬件使用页表来产生地址、检查页的位置情况、检查安全情况的。
当OS产生一个新的进程时，它必须从内存中找到正确的页来分配给新进程的部分程序使用。它会为该进程创建页表，并在该表中记录页的位置（当然也会把那些没有装入内存中的程序在硬盘的位置记录下来）。
相应的硬件拥有一个名为页表寄存器（PTR）的特殊寄存器，用来指向当前进程的页表。当OS将该进程置于新的运行轮中，该进程会重新装载上一轮保存的PTR的值，使该进程的页表有效。【文摘园地】
5.5 关于页表的使用细节【文摘园地】
5.5.1 虚拟-物理地址翻译，页表查询【文摘园地】
每当运行的程序产生于一个地址时-—-无论该地址是指令地址还是数据地址-—-该地址都是虚拟的。它必须被转换成存储实际内容的物理地址。CPU中的轮循就被设计来完成该翻译，通过查询页表实现。
地址空间被分成页。为了方便起见，假设页大小为4096字节。对每个虚拟地址而言，虚拟页号等于该地址除以页大小，也就是4096，该页的偏移量等于该地址除以4096的余数。因为4096等于2的12次方，这意味着一个32位的虚拟地址，它的高20位构成页地址，低12位是偏移量。
参看下面的Intel指令：【文摘园地】
movl $3，0x735bca62 【文摘园地】
该指令会将实数3拷贝至0x735bca62地址单元中（10进制就是1935395426）。也即说明了虚拟页号为0x735bc，偏移量为0xca62。也就是说，我们将把第一个字节写入0x735bc这一页的0xca62这个虚拟地址字空间中。
假设我们页表中的入口为32位，也即是每入口占据一个字单元。让我们来标明入口的0到31位，其中Bit 31处在最左边，Bit 0处在最右。假设入口的格式如下：【文摘园地】
a. Bit 31 — Bit 12: 代表物理页地址如果Resident置位，如果Not置位，代表硬盘地址；
b. Bit 11 : 如果该位为1代表Resident置位，0代表Not置位；
c. Bit 10 : 如果为1，代表拥有读权限，0则相反；
d. Bit 9 : 如果为1，代表拥有写权限，0则相反；
e. Bit 8 : 如果为1，代表拥有执行权限，0则相反；
f. Bit 7 — Bit 0 : 一些其他信息，这里不会涉及。【文摘园地】
那么，CPU处理上面哪条MOV指令会发生什么呢？【文摘园地】
a. 首先，CPU发现该虚拟页地址为0x735bc后，会从页表中获得相应的入口，假设PTR的内容为0x256a1000，那么实际的位置将是0x735bc * 4 + 0x256a1000 = 0x2586e6f0。然后，CPU从该位置获取入口数据，假设是0xc2248eac。
b. 然后CPU查看Bit 11-8位，获得0xe，知道该页Resident置位，并且该程序拥有读写权限但是没有可执行权限。该MOV指令的需要是获得写权限，由此看来没有问题。
c. 接着CPU查看Bit 31-12位，获得0xc2248，虚拟偏移量为之前确定的0xca62，因此，CPU会获知虚拟位置0x735bca62的物理地址为0xc2248a62。CPU将该地址存入MAR(内存地址寄存器)，将3放入MDR(内存数据寄存器)，并且从总线中找出写入线，并将3写入0x2248a62这个地址单元中。至此我们就完成了相应任务。【文摘园地】
顺便说一下，所有这都是为了完成该MOV指令的c步骤。步骤a也会去做相同的事情。PC指针会被分成两部分：虚拟页号和偏移量，虚拟页号作为页表的索引，然后将查看页表元素的10位和8位，以确定是否拥有读和执行该指令的权限；假设这些权限都是够的，那么物理页号会通过页表元素的31到12位的值来确定；该物理号会和偏移量一起组成物理地址，该物理地址会被放入MAR，通过它获取相应的指令

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