从第二章我们知道,Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~ 虚拟内核空间(1GB)
进程1的用户空间(3GB) 进程2的用户空间(3GB) 进程n的用户空间(3GB) ¼ 图6.3 Linux 进程的虚拟空间
Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。从图中可以看出,每个进程有各自的私有用户空间(0~ 1.虚拟内核空间到物理空间的映射 内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。读者会问,系统启动时,内核的代码和数据不是被装入到物理内存吗?它们为什么也处于虚拟内存中呢?这和编译程序有关,后面我们通过具体讨论就会明白这一点。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。如图6.4所示,对内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。
虚地址空间 物理地址空间
图6.4内核的虚拟地址空间到物理地址空间的映射 我们来看一下在include/asm/i386/page.h中对内核空间中地址映射的说明及定义: /* * This handles the memory map.. We could make this a config * option, but too many people screw it up, and too few need * it. * * A __PAGE_OFFSET of 0xC0000000 means that the kernel has * a virtual address space of one gigabyte, which limits the * amount of physical memory you can use to about 950MB. * * If you want more physical memory than this then see the CONFIG_HIGHMEM * and CONFIG_HIGHMEM */ #define __PAGE_OFFSET (0xC0000000) …… #define PAGE_OFFSET ((unsigned long)__PAGE_OFFSET) #define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET) #define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET)) 源代码的注释中说明,如果你的物理内存大于950MB,那么在编译内核时就需要加CONFIG_HIGHMEM 这里再次说明,宏__pa()仅仅把一个内核空间的虚地址映射到物理地址,而决不适用于用户空间,用户空间的地址映射要复杂得多。 2.内核映像 在下面的描述中,我们把内核的代码和数据就叫内核映像(kernel image)。当系统启动时,Linux内核映像被安装在物理地址0x00100000开始的地方,即1MB开始的区间(第 例如,进程的页目录PGD(属于内核数据结构)就处于内核空间中。在进程切换时,要将寄存器CR3设置成指向新进程的页目录PGD,而该目录的起始地址在内核空间中是虚地址,但CR3所需要的是物理地址,这时候就要用__pa()进行地址转换。在mm_context.h中就有这么一行语句: asm volatile(“movl %0,%%cr 这是一行嵌入式汇编代码,其含义是将下一个进程的页目录起始地址next_pgd,通过__pa()转换成物理地址,存放在某个寄存器中,然后用mov指令将其写入CR3寄存器中。经过这行语句的处理,CR3就指向新进程next的页目录表PGD了。 |
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