CPU要求地址高于0xC0000000时如何执行地址转换（virt-> phy）？

Question

我想出了这个问题，因为我不明白如何在内核区域执行地址转换。

据我所知，要翻译0xC0000000以上的任何地址，我们只需要减去这个地址PAGE_OFFSET（除了内核初始化过程，我们需要一个8MB范围的页表）。但是在CPU执行需要地址的指令时，例如0xF0000020，而系统只有256MB RAM，这没有意义。

由于上述原因，我认为内核确实有一个页表，它允许MMU将高于0xC0000000的虚拟地址转换为物理地址。因此，在什么情况下我们可以直接减去PAGE_OFFSET以及在什么情况下我们需要内核页表？

我可能在开始的时候出错，所以请更正。

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编辑

从< <了解Linux的虚拟内存管理>>，它说：内核页表存在。现在，越来越迷茫......

3.6内核页表

当系统第一次启动，分页没有启用，因为页表不 神奇初始化自己。每个体系结构实现这个不同，所以只讨论x86情况。页表初始化分为两个 阶段。引导阶段为8MiB设置页表，以便可以启用分页 单元。 第二阶段初始化其余页表。我们 在下面的章节中讨论这两个阶段。

3.6.1自举

...

3.6.2敲定

负责敲定页表的函数被调用paging_init（）。图3.4中可以看到x86上该函数的调用图。

功能首先调用pagetable_init（）来初始化必要 页表以引用的所有物理存储器中ZONE_DMA和ZONE_NORMAL。请记住，无法直接引用ZONE_HIGHMEM中的 高内存，并且临时为其设置映射 。对于内核使用的每个pgd t，调用引导存储器 分配器（请参阅第5章）为PGD分配一个页面，并且如果可以使用PSE 位，则使用4MiB TLB条目而不是4KiB。如果不支持PSE 位，则会为每个pmd分配一个PTE页面。如果CPU 支持PGE标志，则它也将被设置，以便页表项将为全局 ，并且对所有进程都可见。然后，pagetable_init（）调用fixrange_init（）在FIXADDR_START开始的虚拟地址空间末尾设置固定地址 空间映射。这些映射用于诸如本地高级可编程中断控制器（APIC）之类的用途以及kmap_atomic（）所需的FIX_KMAP_BEGIN 和FIX_KMAP_END之间的原子映射。最后，该函数调用 fixrang_init（）来初始化与kmap（）映射的普通高内存映射所需的页表项。

pagetable_init（）返回之后，内核空间中的页表现在完全 初始化，因此静态PGD（swapper_pg_dir）被装入CR3寄存器，从而 该静态表现在正在使用的寻呼单元。

paging_init（）的下一个任务是负责调用kmap_init（）到 用PAGE_KERNEL保护标志初始化每个PTE。最后的任务是 来调用zone_sizes_init（），它初始化所有使用的区域结构。

Answer 1

虽然线性映射对人类来说可能看起来很特殊，但它对于MMU配置来说（通常）并不是特殊的。

正如你所说，要将虚拟地址从3G转换到3G + 900MB，我们可以直接用PAGE_OFFSET减去这些地址。这是否意味着内核不需要任何页表？

它仍然需要这些表来解释到MMU的特定（线性）映射。虽然有一些特殊情况，如MIPS R3000。

但是，在CPU执行，在需要地址的指令这没有任何意义，说0xF0000020

我问是否有意义在首位的是地址指令执行。我的意思是，在具有256MB RAM的系统上，你不会只是遇到这样的请求（至少假设代码不是越野车）。

令您困惑的一点是IMO：谁负责做地址翻译？答案是（通常）MMU，通过硬件实现。因此，页表是MMU如何进行翻译的方式 - 这不是内核责任。内核只需要配置MMU。

当CPU需要高于0xC0000000的地址时，如何执行地址转换（virt-> phy）？

就像下面的地址一样。 This阅读可能会有所帮助。

Answer 2

对于前900MB的物理内存（如果存在）有一个线性映射，以便该内存的虚拟地址等于物理内存加上PAGE_OFFSET。当然，这并不妨碍将相同的物理内存映射到进程地址空间中的其他地方，如果内核想要将该内存用于其他目的。

Answer 3

实际上你的用户空间程序甚至内核都使用虚拟寻址。这意味着每个内存请求都通过MMU。如果这样下去，通过MMU它使用页表（见86 CR3寄存器）

virtual addr --> MMU --> physical addr 

和内核不使用，当你访问lowmem一些神奇的优化。是lowmem是直接映射的，这就是为什么从人的角度来看，您可以通过简单的减法将虚拟地址lowmem转换为物理地址，但是CPU通过内核页表进行这种转换。