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内核空间页表的建立

第七根弦 2014 年 8 月 7 日 UC 发表评论 (0)

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。

何以见得swapper_pg_dir是内核的页目录?
在内核的启动过程中,有如下代码:在http://lxr.linux.no/#linux-bk+v2.6.11.5/arch/i386/kernel/head.S#L182

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183/*
184 * Enable paging
185 */
186        movl $swapper_pg_dir-__PAGE_OFFSET,%eax
187        movl %eax,%cr3          /* set the page table pointer.. */
188        movl %cr0,%eax
189        orl $0x80000000,%eax
190        movl %eax,%cr0          /* ..and set paging (PG) bit */
191        ljmp $__BOOT_CS,$1f     /* Clear prefetch and normalize %eip */

从这里我们看出，内核启动时，内核把swapper_pg_dir的地址存入CR3寄存器中，并设置CR0中的PG位,打开分页机制。

函数paging_init()通过调用pagetable_init()对swapper_pg_dir进行填充、建立页表。我们来看 pagetable_init()的代码：在http://lxr.linux.no/#linux-bk+v2.6.11.5/arch/i386 /mm/init.c#L310

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310 static void __init pagetable_init (void)
311 {
312        unsigned long vaddr;
313        pgd_t *pgd_base = swapper_pg_dir;
314
315#ifdef CONFIG_X86_PAE //PAE用于内存大于4G的情况,我们不讨论
316        int i;
317        /* Init entries of the first-level page table to the zero page */
318        for (i = 0; i < PTRS_PER_PGD; i++)
319                set_pgd(pgd_base + i, __pgd(__pa(empty_zero_page) | _PAGE_PRESENT));
320#endif
321
322        /* Enable PSE if available */
323        if (cpu_has_pse) {
324                set_in_cr4(X86_CR4_PSE);
325        }
326
327        /* Enable PGE if available */
328        if (cpu_has_pge) {
329                set_in_cr4(X86_CR4_PGE);
330                __PAGE_KERNEL |= _PAGE_GLOBAL;
331                __PAGE_KERNEL_EXEC |= _PAGE_GLOBAL;
332        }
333
334        kernel_physical_mapping_init(pgd_base);//这个函数进行映射的建立
......
......

在继续深究之前，我们有必要了解几个相关的函数和宏。为了避免使本文臃肿、打乱本文的主线，我把相关内容写在了另一篇文章里

我们看kernel_physical_mapping_init()做了什么：在http://lxr.linux.no/#linux-bk+v2.6.11.5/arch/i386/mm/init.c#L143

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145        unsigned long pfn;
146        pgd_t *pgd;
147        pmd_t *pmd;
148        pte_t *pte;
149        int pgd_idx, pmd_idx, pte_ofs;
150
151        pgd_idx = pgd_index(PAGE_OFFSET);//只建立第769~1024项
152        pgd = pgd_base + pgd_idx;
153        pfn = 0;
154
155        for (; pgd_idx < PTRS_PER_PGD; pgd++, pgd_idx++) {
156                pmd = one_md_table_init(pgd);//其实pmd被赋值为pgd，这是为了忽略PMD。
157                if (pfn >= max_low_pfn)
158                        continue;
159                for (pmd_idx = 0; pmd_idx < PTRS_PER_PMD && pfn < max_low_pfn; pmd++, pmd_idx++) {//PTRS_PER_PMD为1，所以这个循环只执行一次，达到忽略PMD的目的。见http://lxr.linux.no/#linux-bk+v2.6.11.5/include/asm-generic/pgtable-nopmd.h#L16
160                        unsigned int address = pfn * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET;
161
162                        /* Map with big pages if possible, otherwise create normal page tables. */
163                        if (cpu_has_pse) {
164                                unsigned int address2 = (pfn + PTRS_PER_PTE - 1) * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET + PAGE_SIZE-1;
165
166                                if (is_kernel_text(address) || is_kernel_text(address2))
167                                        set_pmd(pmd, pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC));
168                                else
169                                        set_pmd(pmd, pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE));
170                                pfn += PTRS_PER_PTE;
171                        } else {
172                                pte = one_page_table_init(pmd);//这个函数新建一页表,并把该页表基址设置在该pgd(pmd与pgd相等)所指向的页目录中。
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174                                for (pte_ofs = 0; pte_ofs < PTRS_PER_PTE && pfn < max_low_pfn; pte++, pfn++, pte_ofs++) {设置pte指向的页表项为pfn(即Page Frame Number)所指示的页基址。
175                                                if (is_kernel_text(address))
176                                                        set_pte(pte, pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_EXEC));
177                                                else
178                                                        set_pte(pte, pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL));// 179                                }
180                        }
181                }
182        }

多次循环后，第769~1024项页目录项及相应页表便建立起来了，这些页表建立了PAGE_OFFSET以上的896MB低端内核空间与物理内存的前max_low_pfn页的的映射。

内核空间的页表swapper_pg_dir建立了，由于每个进程公享内核空间，所以每个进程也就有了内核空间到物理空间的映射了。
进程还有各自的虚拟空间（也叫用户空间），进程的虚拟空间与物理空间之间的映射又是怎样建立的呢？让我开始踏上新的旅程吧：进程的虚拟空间

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