這篇文章給大家分享的是有關(guān)Linux中內(nèi)核頁表和進程頁表有什么關(guān)系的內(nèi)容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

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初學(xué)內(nèi)核時，經(jīng)常被“內(nèi)核頁表”和“進程頁表”搞暈，不知道這到底是個啥東東，跟我們平時理解的頁表有什么關(guān)系。

內(nèi)核頁表：即書上說的主內(nèi)核頁表，在內(nèi)核中其實就是一段內(nèi)存，存放在主內(nèi)核頁全局目錄init_mm.pgd(swapper_pg_dir)中，硬件并不直接使用。

進程頁表：每個進程自己的頁表，放在進程自身的頁目錄task_struct.pgd中。

在保護模式下，從硬件角度看，其運行的基本對象為“進程”(或線程)，而尋址則依賴于“進程頁表”，在進程調(diào)度而進行上下文切換時，會進行頁表的切換：即將新進程的pgd(頁目錄)加載到CR3寄存器中。從這個角度看，其實是完全沒有用到“內(nèi)核頁表”的，那么“內(nèi)核頁表”有什么用呢？跟“進程頁表”有什么關(guān)系呢？

1、內(nèi)核頁表中的內(nèi)容為所有進程共享，每個進程都有自己的“進程頁表”，“進程頁表”中映射的線性地址包括兩部分：

用戶態(tài)

內(nèi)核態(tài)

其中，內(nèi)核態(tài)地址對應(yīng)的相關(guān)頁表項，對于所有進程來說都是相同的(因為內(nèi)核空間對所有進程來說都是共享的)，而這部分頁表內(nèi)容其實就來源于“內(nèi)核頁表”，即每個進程的“進程頁表”中內(nèi)核態(tài)地址相關(guān)的頁表項都是“內(nèi)核頁表”的一個拷貝。

2、“內(nèi)核頁表”由內(nèi)核自己維護并更新，在vmalloc區(qū)發(fā)生page fault時，將“內(nèi)核頁表”同步到“進程頁表”中。以32位系統(tǒng)為例，內(nèi)核頁表主要包含兩部分：

線性映射區(qū)

vmalloc區(qū)

其中，線性映射區(qū)即通過TASK_SIZE偏移進行映射的區(qū)域，對32系統(tǒng)來說就是0-896M這部分區(qū)域，映射對應(yīng)的虛擬地址區(qū)域為TASK_SIZE-TASK_SIZE+896M。這部分區(qū)域在內(nèi)核初始化時就已經(jīng)完成映射，并創(chuàng)建好相應(yīng)的頁表，即這部分虛擬內(nèi)存區(qū)域不會發(fā)生page fault。

vmalloc區(qū)，為896M-896M+128M，這部分區(qū)域用于映射高端內(nèi)存，有三種映射方式：vmalloc、固定、臨時，這里就不像述了。

以vmalloc為例(最常使用)，這部分區(qū)域?qū)?yīng)的線性地址在內(nèi)核使用vmalloc分配內(nèi)存時，其實就已經(jīng)分配了相應(yīng)的物理內(nèi)存，并做了相應(yīng)的映射，建立了相應(yīng)的頁表項，但相關(guān)頁表項僅寫入了“內(nèi)核頁表”，并沒有實時更新到“進程頁表中”，內(nèi)核在這里使用了“延遲更新”的策略，將“進程頁表”真正更新推遲到第一次訪問相關(guān)線性地址，發(fā)生page fault時，此時在page fault的處理流程中進行“進程頁表”的更新：

/*

     * 缺頁地址位于內(nèi)核空間。并不代表異常發(fā)生于內(nèi)核空間，有可能是用戶

     * 態(tài)訪問了內(nèi)核空間的地址。

     */

    if (unlikely(fault_in_kernel_space(address))) {

        if (!(error_code & (PF_RSVD | PF_USER | PF_PROT))) {

            //檢查發(fā)生缺頁的地址是否在vmalloc區(qū)，是則進行相應(yīng)的處理

            if (vmalloc_fault(address) >= 0)

                return;

/*

  * 對于發(fā)生缺頁異常的指針位于vmalloc區(qū)情況的處理，主要是將

  * 主內(nèi)核頁表向當(dāng)前進程的內(nèi)核頁表同步。

  */

static noinline __kprobes int vmalloc_fault(unsigned long address)

{

    unsigned long pgd_paddr;

    pmd_t *pmd_k;

    pte_t *pte_k;

 

    /* Make sure we are in vmalloc area: */

    /* 區(qū)域檢查 */

    if (!(address >= VMALLOC_START && address < VMALLOC_END))

        return -1;

 

    WARN_ON_ONCE(in_nmi());

 

    /*

     * Synchronize this task's top level page-table

     * with the 'reference' page table.

     *

     * Do _not_ use "current" here. We might be inside

     * an interrupt in the middle of a task switch..

     */

     /*獲取pgd(最頂級頁目錄)地址，直接從CR3寄存器中讀取。

     *不要通過current獲取，因為缺頁異常可能在上下文切換的過程中發(fā)生，

     *此時如果通過current獲取，則可能會出問題*/

    pgd_paddr = read_cr3();

    //從主內(nèi)核頁表中，同步vmalloc區(qū)發(fā)生缺頁異常地址對應(yīng)的頁表

    pmd_k = vmalloc_sync_one(__va(pgd_paddr), address);

    if (!pmd_k)

        return -1;

    //如果同步后，相應(yīng)的PTE還不存在，則說明該地址有問題了

    pte_k = pte_offset_kernel(pmd_k, address);

    if (!pte_present(*pte_k))

        return -1;

 

    return 0;

}

感謝各位的閱讀！關(guān)于“Linux中內(nèi)核頁表和進程頁表有什么關(guān)系”這篇文章就分享到這里了，希望以上內(nèi)容可以對大家有一定的幫助，讓大家可以學(xué)到更多知識，如果覺得文章不錯，可以把它分享出去讓更多的人看到吧！

當(dāng)前名稱：Linux中內(nèi)核頁表和進程頁表有什么關(guān)系
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