CPU要求地址高於0xC0000000時如何執行地址轉換（virt-> phy）？

Question

我想出了這個問題，因爲我不明白如何在內核區域執行地址轉換。

據我所知，要翻譯0xC0000000以上的任何地址，我們只需要減去這個地址PAGE_OFFSET（除了內核初始化過程，我們需要一個8MB範圍的頁表）。但是在CPU執行需要地址的指令時，例如0xF0000020，而系統只有256MB RAM，這沒有意義。

由於上述原因，我認爲內核確實有一個頁表，它允許MMU將高於0xC0000000的虛擬地址轉換爲物理地址。因此，在什麼情況下我們可以直接減去PAGE_OFFSET以及在什麼情況下我們需要內核頁表？

我可能在開始的時候出錯，所以請更正。

---

編輯

從< <瞭解Linux的虛擬內存管理>>，它說：內核頁表存在。現在，越來越迷茫......

3.6內核頁表

當系統第一次啓動，分頁沒有啓用，因爲頁表不 神奇初始化自己。每個體系結構實現這個不同，所以只討論x86情況。頁表初始化分爲兩個 階段。引導階段爲8MiB設置頁表，以便可以啓用分頁 單元。 第二階段初始化其餘頁表。我們 在下面的章節中討論這兩個階段。

3.6.1自舉

...

3.6.2敲定

負責敲定頁表的函數被調用paging_init（）。圖3.4中可以看到x86上該函數的調用圖。

功能首先調用pagetable_init（）來初始化必要 頁表以引用的所有物理存儲器中ZONE_DMA和ZONE_NORMAL。請記住，無法直接引用ZONE_HIGHMEM中的 高內存，並且臨時爲其設置映射 。對於內核使用的每個pgd t，調用引導存儲器 分配器（請參閱第5章）爲PGD分配一個頁面，並且如果可以使用PSE 位，則使用4MiB TLB條目而不是4KiB。如果不支持PSE 位，則會爲每個pmd分配一個PTE頁面。如果CPU 支持PGE標誌，則它也將被設置，以便頁表項將爲全局 ，並且對所有進程都可見。然後，pagetable_init（）調用fixrange_init（）在FIXADDR_START開始的虛擬地址空間末尾設置固定地址 空間映射。這些映射用於諸如本地高級可編程中斷控制器（APIC）之類的用途以及kmap_atomic（）所需的FIX_KMAP_BEGIN 和FIX_KMAP_END之間的原子映射。最後，該函數調用 fixrang_init（）來初始化與kmap（）映射的普通高內存映射所需的頁表項。

pagetable_init（）返回之後，內核空間中的頁表現在完全 初始化，因此靜態PGD（swapper_pg_dir）被裝入CR3寄存器，從而 該靜態表現在正在使用的尋呼單元。

paging_init（）的下一個任務是負責調用kmap_init（）到 用PAGE_KERNEL保護標誌初始化每個PTE。最後的任務是 來調用zone_sizes_init（），它初始化所有使用的區域結構。

Answer 1

雖然線性映射對人類來說可能看起來很特殊，但它對於MMU配置來說（通常）並不是特殊的。

正如你所說，要將虛擬地址從3G轉換到3G + 900MB，我們可以直接用PAGE_OFFSET減去這些地址。這是否意味着內核不需要任何頁表？

它仍然需要這些表來解釋到MMU的特定（線性）映射。雖然有一些特殊情況，如MIPS R3000。

但是，在CPU執行，在需要地址的指令這沒有任何意義，說0xF0000020

我問是否有意義在首位的是地址指令執行。我的意思是，在具有256MB RAM的系統上，你不會只是遇到這樣的請求（至少假設代碼不是越野車）。

令您困惑的一點是IMO：誰負責做地址翻譯？答案是（通常）MMU，通過硬件實現。因此，頁表是MMU如何進行翻譯的方式 - 這不是內核責任。內核只需要配置MMU。

當CPU需要高於0xC0000000的地址時，如何執行地址轉換（virt-> phy）？

就像下面的地址一樣。 This閱讀可能會有所幫助。

Answer 2

對於前900MB的物理內存（如果存在）有一個線性映射，以便該內存的虛擬地址等於物理內存加上PAGE_OFFSET。當然，這並不妨礙將相同的物理內存映射到進程地址空間中的其他地方，如果內核想要將該內存用於其他目的。

Answer 3

實際上你的用戶空間程序甚至內核都使用虛擬尋址。這意味着每個內存請求都通過MMU。如果這樣下去，通過MMU它使用頁表（見86 CR3寄存器）

virtual addr --> MMU --> physical addr 

和內核不使用，當你訪問lowmem一些神奇的優化。是lowmem是直接映射的，這就是爲什麼從人的角度來看，您可以通過簡單的減法將虛擬地址lowmem轉換爲物理地址，但是CPU通過內核頁表進行這種轉換。