TLB中的内核内存（虚拟地址条目）？

Question

Linux是操作系统，ARM是本文中提到的处理器。

TLB是否包含内核和用户空间虚拟地址？ 内核内存从0xc000_0000开始，前往0xFFFF_FFFF 其中前3 GB属于用户空间。在进程之间的上下文切换之间，TLB被刷新。

TLB是否包含内核和用户空间虚拟地址？

内核内存（虚拟）直接对应物理内存（正好用0xC000_0000抵消会给我们物理地址）。是否有必要在TLB中拥有内核内存（虚拟）（如果你说它存在于TLB中）？它应该只有用户空间地址。

Answer 1

为什么我们有虚拟到现代CPU物理地址的转换的主要原因是为了更有效和更好地控制使用的内存，可以让我们：

1. 分配任何物理内存，RAM，（连续或不），并使其可以在虚拟地址空间的任何地方（连续或不连续）进行访问，而不会浪费内存到碎片。
2. 用磁盘或其他内存扩展物理内存RAM。
3. 使地址空间的某些部分仅为可读或不可执行或仅内核等，并保护它们免受未授权或错误的访问。
4. 隔离应用程序彼此的记忆以进一步改善保护，安全性和可靠性。
5. 共享内存。 ...

而页表使这一切成为可能。

您确实希望能够在内核的虚拟地址空间中映射和取消映射物理内存，通常这种翻译机制在整个系统中都能正常工作。当然，翻译的代价是你现在需要咨询和维护页面表，并且会导致性能下降。但全部不丢失：

1. TLBs在一定程度上缓解了这个问题。他们缓存翻译。
2. 更大的页面（例如ARMv7-A的large pages和sections）可以提供更多帮助，因为它们需要更少的TLB条目，每单位翻译的内存。
3. 也有像global pages的东西。当您在应用程序之间切换并需要刷新当前的TLB时，可以通过执行Invalidate TLB entries by ASID match与应用程序的ASID来避免使TLB中的全局页面失效。如果您将内核的页面标记为全局，则不会使其翻译无效，并且内核本身不会遭受不必要的TLB失效。

见，例如， “ARM®架构参考手册ARM®v7-A和ARM®v7-R版” 为相关的ARM Virtual Memory System Architecture（VMSA），页表，TLB等具体细节

Answer 2

有两种类型的虚拟地址的Linux内核使用：

1. 你已经在该行的“内核内存（虚拟）直接 对应的物理内存提到什么（只是0xC000_0000将 给予补偿我们的实际地址）“。这映射到连续的物理地址。
2. 使用vmalloc。

第一种是使用宏完成：

include/asm-x86/page_32.h 

#define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET) 
#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET)) 

_pa（x）的确实的虚拟到物理转换。请注意，这个翻译是在编译时内联的。没有页面表翻译发生。这最后一句话非常重要。

另一方面，使用第二种方法，您可以分配虚拟内存中连续的内存，但物理内存中可能不会这样。现在，在这种情况下，当您第一次访问虚拟地址时，需要整页表格转换。问题是这是谁？

在CISC机器（如x86）的情况下，MMU（硬件）在TLB未命中（首次访问虚拟地址）的情况下执行该操作并更新页表。对于内核虚拟地址（通过vmalloc获取），它们保留为TLB条目。它们被称为全局条目，当进程上下文切换发生时，它们大多被忽略，而不像其他进程地址空间条目那样被刷新。但是，当您执行vfree以释放关联的虚拟内存时，这些条目将被删除。

在RISC机器（如MIPS）的情况下，页面转换由软件处理。 TLB未命中后，硬件引发异常。陷阱句柄以内核模式运行以执行翻译并使用特殊指令更新TLB。从陷阱处理程序返回后，运行相同的代码行并发生TLB命中。

请参考：http://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSFEP/vm-tlbs.pdf

的底线是，并非所有的内核地址映射您所描述的方式。对于你的情况，物理地址是在编译时本身生成的。那么，为什么要添加一个TLB条目。对于来自vmalloc的地址，存在TLB条目。当进程之间发生上下文切换时，不需要刷新整个TLB，并且可以保留内核的vmalloc创建的全局条目。当你使用vfree时，相应的全局条目将被刷新。