ch4-4.6-x86存储机制-4.7Linux虚存.ppt

4.6 Intel x86分段和分页存储结构 Intel x86系列CPU提供三种工作模式：实地址模式、保护模式、虚拟8086模式 Intel x86上虚拟存储管理核心表 ：LDT和GDT 段寄存器和虚拟地址 虚拟地址空间大小 虚拟地址空间共包含16K个存储器分段，其中GDT映射一半（8192个）全局虚拟地址空间，由LDT映射另一半（8192个）局部虚拟地址空间， 发生进程切换时，LDT更新为待执行进程的LDT，而GDT保持不变。 由于每段偏移量32位、即=4GB，整个虚存地址空间=16K×4GB=64TB。 段页式地址转换过程 4.7 Linux虚拟存储管理 4.7.1 Linux虚拟存储管理概述 在Linux中，进程可访问4GB虚拟地址空间，其中，从0到3GB被用户进程独占并可直接进行访问；从3GB到4GB是内核空间，由所有核心态进程共享，存放系统代码和数据。 进程有一个页目录，大小为一个页，页目录的起始地址存放在进程mm_struct结构中，工作时被装入寄存器CR3。页目录项为4字节，共有1024项，用来保存页表的起始地址。每张页表也用一个页面存储，每项为4字节，共有1024项，用来保存页框基地址。 页表项的格式 0位为页面在/不在主存；1位若置位，页面可读可写，否则只读；2位为选择用户级访问许可/内核级访问许可；3位为若置位表示页面cache采用“直写”，否则回写缓存；4位为若置位，禁用高速缓存；5位为置位表示该页面最近曾被访问过；6位为被置位，表示页面在上次该位被清除之后页面内容被改变过；7位为页面大小；8位为全局页面；12至31位是页框基地址。 4.7.2 存储管理数据结构 1 物理主存数据结构 物理主存分三个层次管理： 1)存储节点 2)管理区 3)页框 1) 页框管理 物理主存划分成页框，其长度与页面相等，系统中所有页框都由mem_map表描述，它在初始化时通过free_area_init( )函数创建。 mem_map本身是由mem_map_t组成的数组，每个mem_map_t描述一个页框，整个数组就代表系统中的全部页框，数组下标就是物理页框的序号，用于对页框进行管理。 mem_map_t typedef struct page { /*page数据结构*/ struct list_head list；/*list_head是通用双向链队列结构，链接page*/ struct page *next_ hash；/* page cache的hash表中的后继指针*/ atomic_t count； /*访问此页框的进程个数*/ unsigned long flags； /*标志位*/ unsigned dirty； /*修改标志*/ struct list_head lru； /*页面换出链表或活跃链表*/ unsigned long age； /*页面的年龄，越小越先换出*/ unsigned long map_nr； /*页框在mem_map表中的下标*/ struct page **pprev_hash；/*page cache的hash表中的前向指针*/ struct buffer_head *buffers；/*若该页框用做缓冲区，指示缓冲区地址*/ struct inode *inode；/*页框主存放代码或数据所属文件的inode*/ unsigned long offset； /*页框主存放代码或数据所属文件的位移*/ struct zone_struct zone；/*页框所在管理区*/ }mem_map_t； 2) 管理区管理 主存被划分成三个区： ZONE_DMA区，专供DMA使用； ZONE_NORMAL区，被常规使用；ZONE_HIGHMEM区，内核不能直接映射区。 设置ZONE_DMA是保证磁盘I/O所需的连续物理页框，ZONE_NORMAL里的页框用作通常的主存分配。 管理区数据结构zone_struct 含有一组空闲区队列， typedef struct free_area_struct｛ /*空闲区队列头部结构*/ struct list_head free_list； /*指向空闲区队列*/ unsigned int *map；/*指向bitmap表*/ } free_area_t； zone_struct描述： typedef struct zone_struct { s