页目录和页表结构

 

上图反映了如下信息：

1、  进程的4G 线性空间被划分成三个部分：进程空间（0-3G）、内核直接映射空间（3G – high_memory）、内核动态映射空间（VMALLOC_START  -  VMALLOC_END）

2、  三个空间使用同一张页目录表，通过 CR3 可找到此页目录表。但不同的空间在页目录表中页对应不同的项，因此互相不冲突

3、  内核初始化以后，根据实际物理内存的大小，计算出 high_memory、VMALLOC_START、VMALLOC_END 的值。并为“内核直接映射”空间建立好映射关系，所有的物理内存都可以通过此空间进行访问。

4、  “进程空间”和“内核动态映射空间”的映射关系是动态建立的（通过缺页异常）

假设在有三个线性地址 addr1, addr2, addr3 ，分别属于三个线性空间，但是最终都映射到物理页面1：

1、  三个地址对应不同的页表和页表项

2、  但是页表项的高 20bit 肯定是1，表示物理页面的索引号是1

3、  同时，根据高 20 bit，可以从 mem_map[] 中找到对应的 struct page 结构，struct page 用于管理实际的物理页面（红线）

4、  从线性地址，根据页目录表，页表，可以找到物理地址

5、  Struct page 和物理地址之间很容易互相转换

6、  从物理地址，可以很容易的反推出在内核直接映射空间的线性地址（蓝线）。要想得到在进程空间或者内核动态映射空间的对应的线性地址，则需要遍历相应的“虚存区间”链表。

 
关于页目录表：

1、  每个进程有一个属于自己的页目录表，可通过 CR3 寄存器找到
2、  而内核也有一个独立于其它进程的页目录表，保存在 swapper_pg_dir[] 数组中

3、  当进程切换的时候，只需要将新进程的页目录把地址加载到 CR3 寄存器中即可

4、  创建一个新进程的时候，需要为它分配一个 page，作为页目录表，并将 swapper_pg_dir[] 的高 256 项拷贝过来，低 768 项则清0