虚拟化的地址空间.ppt

VM1 内存虚拟化的干涉页面共享 虚拟 物理 机器 只读 写时复制(COW) VM2 虚拟 物理 * * 传统的系统中通常有两种地址空间—虚拟地址空间(VAS)和物理地址空间(PAS)。操作系统和用户进程运行在VAS中。操作系统通过使用处理器中提供的内存管理单元(MMU)来管理从VAS到PAS的映射。操作系统维持着一个把当前VAS中的每一页映射到PAS中的某一页的页表。典型的，操作系统为每个用户态进程维护一个页表。 * 传统的系统中通常有两种地址空间—虚拟地址空间(VAS)和物理地址空间(PAS)。操作系统和用户进程运行在VAS中。操作系统通过使用处理器中提供的内存管理单元(MMU)来管理从VAS到PAS的映射。操作系统维持着一个把当前VAS中的每一页映射到PAS中的某一页的页表。典型的，操作系统为每个用户态进程维护一个页表。 * 传统的系统中通常有两种地址空间—虚拟地址空间(VAS)和物理地址空间(PAS)。操作系统和用户进程运行在VAS中。操作系统通过使用处理器中提供的内存管理单元(MMU)来管理从VAS到PAS的映射。操作系统维持着一个把当前VAS中的每一页映射到PAS中的某一页的页表。典型的，操作系统为每个用户态进程维护一个页表。 * 当请求的映射不在TLB中时，执行下面的路径。 发生了TLB失效。硬件将会遍历当前进程的页表以找到地址映射。页表结构要比图示中的更复杂。 会发生下面两件事情中的一件: 在页表中找到了请求的映射，并且把它放置到了TLB中。指令重启，并且按正常情况执行下去。注意在这种情况下，上面的工作全部由硬件完成。 请求的映射不存在。硬件会产生一个缺页中断，并且陷入到操作系统中。操作系统会找出正确的映射。 把新的转换放到当前进程的页表中。 操作系统重启引起失效的指令。现在硬件TLB的重添机制可以工作了。 硬件把新的映射放到TLB中，继续向下执行。 * 传统的系统中通常有两种地址空间—虚拟地址空间(VAS)和物理地址空间(PAS)。操作系统和用户进程运行在VAS中。操作系统通过使用处理器中提供的内存管理单元(MMU)来管理从VAS到PAS的映射。操作系统维持着一个把当前VAS中的每一页映射到PAS中的某一页的页表。典型的，操作系统为每个用户态进程维护一个页表。 * 传统的系统中通常有两种地址空间—虚拟地址空间(VAS)和物理地址空间(PAS)。操作系统和用户进程运行在VAS中。操作系统通过使用处理器中提供的内存管理单元(MMU)来管理从VAS到PAS的映射。操作系统维持着一个把当前VAS中的每一页映射到PAS中的某一页的页表。典型的，操作系统为每个用户态进程维护一个页表。 * * 由于访问内存的指令数非常大，包括取指本身，必须使用硬件TLB把虚拟地址转换到机器地址。因此，通常情况下TLB中保存有虚拟地址到机器地址的映射。我们可以使用影子页表来达到这个目的。真实的硬件MMU指向影子页表。影子页表保存有虚拟地址到机器地址的映射。VMM缺页中断处理程序负责根据虚拟机页表和PhysMap来填充影子页表的相应页表项。 * 当请求的地址映射不在TLB中时，执行下面的路径。 发生了TLB失效。硬件将会遍历影子页表以找到地址映射。页表结构要比图示中的更复杂。 会发生下面两件事情中的一件: 在页表中发现了请求的映射，并把它放置到TLB中。指令重启，并且按正常情况执行下去。注意在这种情况下，上面的工作全部由硬件完成。 请求的映射不存在。硬件产生缺页中断，并陷入到VMM。VMM把虚拟地址翻译成机器地址。VMM首先遍历虚拟机的页表，以确定虚拟地址到物理地址的映射。注意虚拟机的页表布局由被虚拟的硬件决定。 一旦VMM找到了虚拟机的映射，将会发生下面两件事中的一件: 虚拟机地址映射不存在。 在这种情况下，虚拟机会期望一个缺页中断。因此，VMM必须在虚拟CPU状态中产生一个缺页中断，并且执行虚拟机中断处理程序的第一条指令。这个叫做“真正的页面失效” 因为硬件的页面失效引走了在虚拟机中可见的页面失效。 如果虚拟机的地址映射存在，VMM必须把物理页面转换为机器页面。这个叫做“隐式页面失效”，因为这个硬件失效在没有虚拟化的系统中是不会发生的。为了把物理页表转换为机器页面，VMM必须访问把物理页表映射为机器页面的一个数据结构。这个数据结构是由VMM定义的，如：PMap. (A)如果没有支持物理页面的机器页面或者在其他特殊情况下，VMM需要可能还要进行更多的处理。后面再进行详细介绍。 虚拟页面到机器页面的映射完成。把新的翻译放到影子页表中。 VMM重启引起失效的指令。现在硬件TLB的重添机制可以工作了。 硬件把新的映射放到TLB中，继续向下执行。 * 需要担心的一件事情是保持影子页表和虚拟机页表的一致性。当虚拟机改变了它的页表中的一个