第七根弦的技术博客

段机制实现虚拟地址到线性地址的转换，然而，linux有意的将linux的所有段基址设为0，所以在linux中，线性地址与虚拟地址是相同的，我们以后讨论中，也不对虚拟地址和线性地址进行区分。我们着重学习分页机制，分页机制实现线性地址到物理地址的转换。

分页机制管理对象是特定大小的空间块，称之为“页”。这里所说“空间”包括物理空间和线性地址空间（虚拟地址空间），分页机制把这两种空间看成是由 页组成，线性地址空间的任一页可映射到物理空间任一页，如下图所示。通常把物理空间中的一页叫做一个页面或页框（page frame）。

图中每一小方块就是一页。

IA32架构中，二级分页模型就可满足系统需求；而IA32 中开启PAE(物理地址扩展，用于物理内存大于4G的情况)模式后，Linux使用三级分页模型；如果是64位系统，Linux使用四级分页模型，也就是 说x86架构的分页模型可能是二级、三级或四级，我们只讨论IA32的普通情况。

所以IA32架构中，linux采用了一种三级分页机制，即页全局目录(Page Global Directory)、页中间目录(Page Middle Directory)和页表(Page Table)。

普通情况下，linux忽略PMD，所以实质上是2级分页机制，相应的，32位线性地址被分为3部分索引：

Linux分别采用pgd_t、pte_t这种数据结构来表示页全局目录项和页表项。
这些结构定义如下：在http://lxr.linux.no/#linux-bk+v2.6.11.5/include/asm-i386/page.h#L58
typedef struct { unsigned long pte_low; } pte_t;
typedef struct { unsigned long pgd; } pgd_t;

这些类型实质是32位无符号长整型，其中20位存着页框基址，剩余12位存着各种属性。例如页目录的每一项是pgd_t类型数据，这个数据的中的20位是页表的基址。

另外，页目录表及页表在定义如下：在 http://lxr.linux.no/#linux-bk+v2.6.11.5/include/asm-i386/pgtable.h#L34
extern pgd_t swapper_pg_dir[1024];
……
extern unsigned long pg0[1024];

其中swapper_pg_dir 为页目录，pg0 为一临时页表，后面会详细介绍。

线性地址到物理地址的转换过程如下：
1、从CR3寄存器读取PGD的基址（即PGD所在物理页面的基址），与32位线性地址的第一部分索引相加，得到页目录项的物理地址。
2、第一次访问内存，读取该物理地址，得到pgd_t结构，其中的20位是页表的物理基址。
3、将页表基址与线性第二部分索引相加，得到页表项的物理地址。
4、第二次访问内存，读取该物理地址，得到pte_t结构,其中的20为是页框的物理基址
5、将页框基址与线性地址第三部分索引相加，得到最终的物理地址
6、第三次访问内存，读取该地址。

了解了分页机制,接下来看看:内核空间简单介绍