内核开发实战 - 虚拟内存.pdf

内核开发实战- 虚拟内存管理 伯松 武则天 操作系统内核开发实战- 课程大纲  内核加载 保护模式编程基础 系统调用 进程调度 物理内存管理 虚拟内存管理 必不可少的最基本知识点 课程结束后，如果有兴趣，就可以自己动手了 第六课虚拟内存管理 主要内容： 虚拟内存管理（VMM ）主要工作 VMM 的硬件/软件支持 内存映射与虚拟内存分配 内存映射与共享内存 TLB缓存与大内存页 课程小结 第六课虚拟内存管理 虚拟内存管理（VMM ）主要工作 * 内存映射（mmap） * 堆管理（heap） * 栈管理（stack ） * 按需分配内存（pagefault） * 地址空间保护（#PF/#GP ） * 页交换（swapping ） * 页缓存（paging） 本课程主要涉及前5点，后2点在MLXOS中没有实现。 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(x86架构) 内存管理单元MMU • CPU的组成部分 • 逻辑地址，物理地址转换 • 线性地址，物理地址转换 • 内存访问地址保护 MC68451 内存管理单元，可与摩托罗拉 内存管理相关的数据结构 68010处理器协同使用。见 /wiki/ 内存管理单元 • 段寄存器 • 段选择子 • 页表，页目录表，页目录指针表 • 控制寄存器（CR0，CR2，CR3） 软件和硬件结合起来，协同实现虚拟内存管理的地址 转换和访问地址保护。 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式的内容 内存管理相关的数据结构 • 全局描述符表 • 段寄存器 • 段选择子 • 页表，页目录表，页目录指针表 • 控制寄存器（CR0，CR2，CR3） 软件和硬件结合起来，协同实现虚拟内存管理的地址 转换和访问地址保护。 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式的全局描述符 MLXOS初始化段寄存器的全局描述符表 通过选择子来将相应属性加载到段寄存器中 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式的段选择子 MLXOS的全局描述符表的描述符，用来加载全局描述符 表到全局描述符表寄存器 加载全局描述符，以及代码段、数据段地址的操作 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式的页表 MLXOS启动时初始 化的头32MB物理内 存对应的页目录表。 每个页目录表项对应 4MB物理内存，每块 物理内存由稍后的 4KB页表组织 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式的页表 以页目录表第一项的内容为例： .long 0 最后三位027表示 地址0在地址由符号 ENTRY(pg0)标记，即第0个页目 录表地址，大小为0x1000(4KB)， 管理4MB的（非必须连续）物理内 存空间。 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式的控制寄存器 CR0： PG PE 0 0 实模式 0 1 保护模式，未打开分页 1 0 无效 1 1 保护模式，打开分页 CR1：未定义 CR2：保存触发PageFault时的线性地址 CR3：页目录的物理地址 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式的打开页寻址功能 第六课虚拟内存管理 VMM 的硬件和软件支持(Cont.) 复习保护模式相关的缓存 Segment Descriptor Cache [1] Translate Lookaside Buffer [2] 参看： [1]/docs/The%20Segment%20De