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深入理解Linux内核页表映射分页机制原理

当然页表占用物理内存大的问题还是需要解决的，这是分页相对于分段的一个劣势，解决方案是多级页表配合缺页异常的方式，后面再详细介绍多级页表的机制。 1.2 页表长啥样？...当然额外的内存访问本身是分页机制相对分段机制的缺陷，一级页表映射也存在这样的缺陷，只是多级页表映射将这个缺点再次放大。...3.2 ARMv7 4KB Paging页表长啥样？ ARMv7 4KB分页机制采用二级页表管理，其一级页表属性如下图所示。...如下图所示为ARMv7页表映射示意图，与ARMv7硬件4KB分页机制相对应。页表基址寄存器TTBRx(x为0或1)。...ARMv7页表属性的定义分为Linux版本的页表和ARMv7硬件的页表。 Linux版本的PTE页表属性定义加入前缀L_，如下所示： /* * "Linux" PTE definitions.

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页表与三级页表介绍

在操作系统与计组学习中，我们会学习到页表这个概念，可以说，如今计算机的函数内存调用有很大一部分都离不开页表的调用，本文旨在详解页表的概念应用以及操作系统中的三级页表，三级页表对于节省空间起了至关重要的作用...三级页表 所谓三级页表，就是将原来的虚拟地址的页码27位分为三级，每一级9位： 而原来的页表工作流程也变为下图： 通过虚拟地址转换时，首先通过前9位页码找到第一层页目录，第一层页目录中包含了中间页表的物理地址...： 物理地址（56位） = 底层页表PPN（44位） + 虚拟地址offset（12位） 在三级页表的基础上，假设只使用了几个页面，那么中间层页表只需要加载0号页表即可，底层页表只需要加载要使用的几个页表项即可...，中间层页表省了511个页面，底层页表省下了511*512个页面 简单理解，其实单级页表就是用长宽高之积来描述长方体，而三级页表就是用长、宽、高三个坐标来描述长方体，这样做的目的就是大大节省了加载页表所需要的空间...至此，有关于页表与三级页表的介绍就到这里了，页表的存在对于内核区与用户区加载代码起了至关重要的作用，真正理解页表的转换机制有助于我们对操作系统的虚拟内存有更深刻的认识

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    一文看懂影子页表和扩展页表

    后引入页表机制，把虚拟地址送往MMU，MMU查TLB不中的情况下，依次查页表就可以找到对应的物理地址。...二.影子页表 （Shadow page table） 影子页表我用一句话来描述就是：VMM把Guest和Host中的页表合并成一个页表，称为影子页表，来实现GVA->HPA映射。...4， 把GVA -> HPA，这一路的映射关系记录到页表中，这个页表就是影子页表。...虚拟机页表和影子页表通过一个哈希表建立关联（当然也有其他的关联方式），客户机操作系统把当前进程的页表基址载入PDBR时而VMM将会截获这一特权指令，将进程的影子页表基址载入客户机PDBR，使客户机在恢复运行时...硬件层面引入EPTP寄存器，来指向EPT页表基地址。Guest运行时，Guest页表被载入PDBR，而 EPT 页表被载入专门的EPT 页表指针寄存器 EPTP。

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    内核页表调试

    一、配置内核 首先配置内核，使其支持导出内核页表到debugfs下面: Kernel hacking ---> ---> [*] Export kernel pagetable layout to...start] - [PCI I/O end]同上，专门用于PCI设备使用的地址空间，一般映射大小为16M [vmemmap start] - [vmemmap end]对与ARM64用于page映射区，linux...地址空间port属性说明 第一列 当前页表的映射范围地址 第二列 代表此映射范围大小 PMD PUD PTE 当标识为PMD PUD表示当前映射为block映射，如当前页表为4K,则pud的block映射一次性可映射...当标识为PTE表示为页表映射即PAGE_SIZE大小4K。 USR AP标记，用于标识当前范围是否在用户空间还是内核空间可读可写或者仅读。...x表述当前范围特权级别模式可执行，就是内核的可执行代码段，在内核中这段一般指向内核的text*段 SHD 表示可共享属性，在arm64上表述为多核之间可共享其页表可见 AF 访问标志，当首次映射页表时，

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    Linux内核页表管理-那些鲜为人知的秘密

    ，而页表管理是在虚拟内存管理中尤为重要，本文主要以回答几个页表管理中关键性问题来解析Linux内核页表管理，看一看页表管理中那些鲜为人知的秘密。...Linux内核为何使用多级页表？...2）使用多级页表结构优劣： 优势： 1.节省内存 2.可以按需分配各级页表 3.可以离散存储页表 劣势： 需要遍历多级页表，需要多次访问内存，实现复杂度高点 3）Linux内核综合考虑： 典型的以时间换空间...2）Linux内核 填写页表，将页表基地址告诉mmu 内核初始化建立内核页表，实现缺页异常等机制为用户任务按需分配并映射页表。 当然，内核也可以遍历页表，如缺页异常时遍历进程页表。 10....12.页表遍历过程 下面以arm64处理器架构多级页表遍历作为结束（使用4级页表，页大小为4K）： Linux内核中 可以将页表扩展到5级，分别是页全局目录（Page Global Directory,

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    Linux-3.14.12内存管理笔记【建立内核页表（1）】

    前面已经分析过了Intel的内存映射和linux的基本使用情况，已知head_32.S仅是建立临时页表，内核还是要建立内核页表，做到全面映射的。...建立内核页表前奏，了解两个很关键的变量： max_pfn：最大物理内存页面帧号； max_low_pfn：低端内存区（直接映射空间区的内存）的最大可用页帧号； max_pfn 的值来自setup_arch...Linux是一个支持多硬件平台的操作系统，各种硬件芯片的分页并非固定的2级（页全局目录和页表），仅仅Intel处理器而言，就存在3级的情况（页全局目录、页中间目录和页表），而到了64位系统的时候就成了4...所以Linux为了保持良好的兼容性和移植性，系统设计成了以下的4级分页模型，根据平台环境和配置的情况，通过将页上级目录和页中间目录的索引位设置为0，从而隐藏了页三级目录和页中间目录的存在。...此外还有一个准备操作，在setup_arch()函数中调用的页表缓冲区申请操作： early_alloc_pgt_buf()： 【file：/arch/x86/mm/init.c】 void __init

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    多级页表的好处

    ，如果只使用了一个页表，一个表项的大小为4byte，32位系统有4GB的物理空间（一个进程看到是4GB大小的虚拟空间），每一个表项对应着物理空间的第xxx页(4KB大小的页)，那么应该有4GB/4KB=...如果是二级页表，规则就会改变，让二级页表对应到物理内存上的4KB大小的页，一级页表此时变成映射为物理地址的4MB（这样子是无法定位到具体的页（4KB）的，所以二级页表再去找），这样先找到一级页表，一级页表再和二级页表进行结合...，二级页表相当于一级页表4MB分成了1024个（1KB个）4KB，找完后二级页表充当了offset的角色，此时定位到具体的4KB的页面，再用一级页表的offset一结合定位到具体物理地址。...这样一个进程浪费掉的空间是一级页表占用的:（4GB/4MB）*4byte=4KB，二级页表浪费掉的是1kb（1个一级页表占用这么多）*1kb（此时有1kb（4GB/4MB）个一级页表）=4MB，加起来是...4MB+4KB，比光用一级页表要多4KB，但是2级页表是可以不存在的，比如此时程序只用了%20的页，那么4MB就需要乘以%20，这样一下子就比只有一级页表时少了。

    1.7K30

    Linux从头学16：操作系统-如何把【页目录和页表】当做普通物理页进行操作的？

    对页表进行"自操作" 在 x86 系统中，内存管理中的分页机制是非常重要的，在Linux操作系统相关的各种书籍中，这部分内容也是重笔浓彩。...如果你看过 Linux 内核相关书籍，一定对下面这张图又熟悉、又恐惧： 这是 Linux 系统中，页处理单元的多级页表查询方式。...文章链接在此：Linux从头学15：【页目录和页表】-理论 + 实例 + 图文的最完全、最接地气详解！，但是其中有一个环节被特意忽略过去了。...把这里面的操作机制研究透彻之后，再去看 Linux 内核代码时，就不会晕头转向了。...详细的讨论过程，请参考上一篇文章：Linux从头学15：【页目录和页表】-理论 + 实例 + 图文的最完全、最接地气详解！。

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    内核知识第八讲,PDE,PTE,页目录表,页表的内存管理

    内核知识第八讲,PDE,PTE,页目录表,页表的内存管理 一丶查看GDT表....PG:  PG位表示是否分页管理机制是否有效. PG = 1,有效, PG = 0 无效. WP: Wp位 写保护位, WP为0禁用写保护,为1则启动   PS: 通过修改WP位可以进行过保护. ...详情请看 https://www.cnblogs.com/hongfei/archive/2013/06/18/3142162.html 转载 三丶分页管理机制 讲解分页管理机制之前,我们要明白以下几个关键词的意思...首先我们的CR3寄存器保存了表的首地址. 这里有一个页目录表,还有页表的关键词. 页目录表: 也称为PDE,而页表称之为PTE....PDE表的大小: 　　页目录表,存储在一个4K字节的物理页中,其中每一项是4个字节.保存了页表的地址. 　　而最大是1M个页. PTE表的大小. 　　PTE的大小也和PDE一样的.

    1.7K10

    【进程 进程表】页表通常存在PCB中

    通俗解释进程-科学家做蛋糕 科学家做蛋糕 然后女儿被蜜蜂蛰了 进程表–在内核 内存管理 经典 老式 管理方法： 基址寄存器（程序开始的地方） + 界限寄存器（程序长度） 空闲内存管理...每个页框有一个编号，即“页框号”（页框号=页帧号=内存块号=物理块号=物理页号），页框号从0开始 将进程的逻辑地址空间也分为与页框大小相等的一个个部分，每个部分称为一个“页”或“页面”。...操作系统以页框为单位为各个进程分配内存空间。进程的每个页面分别放入一个页框中。也就是说，进程的页面与内存的页框有一一对应的关系。 各个页面不必连续存放，可以放到不相邻的各个页框中。...重要的数据结构——页表 为了能知道进程的每个页面在内存中存放的位置，操作系统要为每个进程建立一张页表。...注：页表通常存在PCB中 一个进程对应一张页表 进程的每个页面对应一个页表项 每个页表项由“页号”和“块号”组成 页表记录进程页面和实际存放的内存块之间的映射关系

    1.5K20

    宋宝华： ARM64 Linux内核页表的块映射

    我们看看这种情况下的页表，我们既可以用最终的【20:12】对应的PTE映射项，以4K为单位，进行虚拟地址到物理地址的映射；又可以以【29:21】对应的PMD映射项，以2M为单位，进行虚拟地址到物理地址的映射...当然，如果用户态的虚实映射是这样的，用户实际得到了一个1GB的巨页。但是对于内核的线性映射区域而言，即便我们进行了1GB的PUD映射，这1G内部就可以进一步切割为4KB页或者2MB的巨页。...ptdump.c和ptdump_debugfs.c 我们把它们全部选中，这样我们可以得到一个debugfs接口： /sys/kernel/debug/kernel_page_tables 来获知内核态页表的情况...如果我把这个kernel启动选项去掉，我得到的内核页表是完全不一样,线性映射区也全部是PTE映射： ?...牧春童鞋在“Linux阅码场”这里还有一些精彩的文章： 宋牧春：Linux设备树文件结构与解析深度分析(1) 宋牧春：Linux设备树文件结构与解析深度分析(2) 宋牧春：多图详解Linux内存分配器

    3.4K10

    ARM32 页表映射

    我们从ARM linux内核建立具体内存区间的页表映射过程中来看页表映射是如何实现的。...，注意ARM Linux中实现了两份页表，硬件页表的地址r0+2048。...该函数的主要目的是根据Linux版本的页面表项内容来填充ARM硬件版本的页表项； 首先把linux内核版本的页表项内容写入linux版本的页表中，然后根据mem_type数据结构prot_pte的标志位来设置...linux内核最早基于x86体系结构设计的，所以linux内核关于页表的许多术语和设计都是针对x86体系的，而ARM Linux只能从软件架构上去跟随了，因此设计了两套页表。...版本中PTE页面表项标记为"dirty"，并且发现PTE页表项内容改变了，ptep_set_access_flags()函数会把新的linux版本的页表项内容写入硬件页表，从而实现模拟过程；

    2.8K30

    Linux从头学15：【页目录和页表】-理论 + 实例 + 图文的最完全、最接地气详解

    作 者：道哥，10+年嵌入式开发老兵，专注于：C/C++、嵌入式、Linux。...关注下方公众号，回复【书籍】，获取 Linux、嵌入式领域经典书籍；回复【PDF】，获取所有原创文章( PDF 格式)。...为了解决这个问题，x86处理器使用了两级转换：页目录和页表。 这篇文章，我们就从最基础的底层计算过程入手，把这个最重要的内存管理机制搞定，以后再学习更深入的知识点时，就会更容易理解了。...虽然实际安装的物理内存可能远远没有这么大，但是在设计内存管理机制的时候，还是需要按照最大的可寻址范围来进行设计的。...这里的每一个表，就称作页表，所以一共有1024个页表。 一个页表中一共有1024个表项，每一个页表项占用4个字节，所以一个页表就占用4KB的物理内存空间，正好是一个物理页的大小。

    1.4K30

    操作系统多级页表与快表--12

    操作系统多级页表与快表--12 为了提高内存空间利用率，页应该小，但是页小了页表就大了... 页表会很大，页表放置就成了问题......第一种尝试，只存放用到的页 第二种尝试：多级页表，即页目录表（章）+页表（节） 多级页表提高了空间效率，但在时间上? TLB得以发挥作用的原因 为什么TLB条目数可以在64-1024之间?...就以Linux 0.11 每页4k进行计算，4G/4K=1M ,4G寻址空间，可以定位到1M的页数。...用书的章目录和节目录来类比思考… ---- 第二种尝试：多级页表，即页目录表（章）+页表（节） 对于书本而言，普通图书的目录结构通过是由章加小节构成的，如下: 假设我们需要去看看链表的相关知识点，...为了保证页表项连续，并且还要减少页表对内存的浪费，就必须采用多级页表的形式，但是多级页表时间上的不足，应该由什么来弥补呢？

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    Linux 标准大页和透明大页

    Huge pages ( 标准大页 ) 和 Transparent Huge pages( 透明大页 ) 在 Linux 中大页分为两种：Huge pages ( 标准大页 ) 和 Transparent...内存是以块即页的方式进行管理的，当前大部分系统默认的页大小为 4096 bytes 即 4K。1MB 内存等于 256 页；1GB 内存等于 256000 页。...CPU 拥有内置的内存管理单元，包含这些页面的列表，每个页面通过页表条目引用。当内存越来越大的时候， CPU 需要管理这些内存页的成本也就越高，这样会对操作系统的性能产生影响。...Huge Pages Huge pages 是从 Linux Kernel 2.6 后被引入的，目的是通过使用大页内存来取代传统的 4kb 内存页面， 以适应越来越大的系统内存，让操作系统可以支持现代硬件架构的大页面容量功能...Transparent Huge Pages Transparent Huge Pages 缩写 THP ，这个是 RHEL 6 开始引入的一个功能，在 Linux6 上透明大页是默认启用的。

    5.5K50

    linux机制

    从Linux 2.4版本开始，操作系统底层提供了scatter/gather这种DMA的方式来从内核空间缓冲区中将数据直接读取到协议引擎中，而无需将内核空间缓冲区中的数据再拷贝一份到内核空间socket...参考： 浅谈 Linux下的零拷贝机制 TCP TCP的TIME_WAIT有两个作用： 防止前一个TCP连接的残留数据(在序列号恰好正确的情况下)进入后续的TCP连接中 防止TCP挥手过程发出去的最后一个...Linux实现了大量QDisc来满足各个QDisc对应的的报文队列和行为。该接口允许QDisc可以在没有IP栈和NIC驱动修改的前提下实现队列管理。...TCP rtt和rto TCP拥塞避免算法，目前主流Linux的默认拥塞避免算法为cubic，可以使用ss -i命令查看。...可以看到reno算法在发生拥塞避免时不会将cwnd变为1，这样提高了传输效率，快速重传和快速恢复机制也有利于更快探测到拥塞。 ?

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