带你了解Linux内核页表

发布网友发布时间：2024-10-02 03:08

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热心网友时间：2024-11-25 13:37

Linux内核页表是操作系统内核管理内存资源的核心组件，涉及内存空间的划分和地址映射。本文将带您深入了解Linux内核页表的构造、分配及作用。

在ARM的32位系统中，内存空间被划分为0-3G的用户空间和3G-4G的内核空间，其中32位地址空间分为PGD（页全局描述符）、PTE（页表项）以及页内地址三部分。在内核代码中，PGD通常使用11位表示，PTE使用9位，页内地址为12位。然而，在MMU（存储器管理单元）系统中，ARM的二级页表则采用12位的PGD和8位的PTE。

Linux内核页表分为用户空间页表和内核空间页表，不同的进程拥有不同的用户空间页表，但它们共享同一内核空间页表。在创建进程时，系统会分配一个页表指针（mm_struct数据结构中的pgd_t * pgd），通常初始值为swapper_pg_dir，为进程分配16k空间，包括用户空间页表和内核空间页表。

用户空间页表映*从地址0x0000 0000到0xC000 0000的区域，大小为TASK_SIZE，而内核空间页表则从0xC000 0000映射到0Xffff ffff，为1G。考虑到硬件地址映射，实际的页表项数为2048项，通过将页表指针的值右移20位来实现。

Linux内核页表在系统启动时进行分配，如Linux-2.6版本的S3C2410系统中，内核页表的地址是0x3000 4000，最大空间为0x4000，即16K。在init_mm()结构中初始化空闲进程页表，系统在引导代码的汇编中实现页表创建。

在进程创建时，页表分为用户空间页表和内核空间页表，用户空间页表占用前1536个页表项，其余部分用于内核空间页表。

在Linux内核页表中，页表项的11位表示与硬件的12位存在细微差异，这可以通过在软件上将11位页表项的值补上0或1来实现硬件兼容性。这样，页表项的数量可以达到2048项，每个项大小为4字节，总大小为16K，对应每个进程分配的页表空间。

内核空间页表的分配涉及永久内核映射、临时内核映射和非连续内存分配等。在系统初始化时，内核会为内核空间分配页表，确保内核代码、内核内存地址等的正确映射。通过更新页表项，当访问特定内核地址时，系统可以将相应的内核映射复制到进程页表中。

当内核访问无效地址时，会触发取值异常，导致中断并进入处理函数。通过这些机制，Linux内核能够有效地管理内存资源，确保程序的稳定运行。