内存管理之地址映射机制

一，linux绕过了段机制而主要采用了页机制实现内存管理。原因如下：
            1，为了使得内存管理变得简单，绕过了段机制，虚拟地址=线性地址。
            2，为了方便移植到多个硬件平台，因为很多RISC处理器不支持段机制。
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二，进程的地址空间。

    linux下每个进程都有4GB的地址空间=1GB的内核空间  +　3GB的用户空间
    1，进程切换时，虚拟地址空间也随之切换。唯有3GB的用户空间切换，1GB的内核空间
          是所用进程共享的，常驻内存。
    2，虚拟地址空间切换，页表也随之切换。
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三，虚拟地址映射到物理地址。

      地址映射应该分两部分分析，内核空间和用户空间。
      内核空间使用的是线性映射，很好理解。
      用户空间使用的是页表来映射。
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          3.1，内核空间的地址映射到物理地址空间。
    
  内核空间地址映射函数如下：

#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)   PAGE_OFFSET))  // 虚拟地址 = 物理地址x +    3GB
#define __pa(x) ((unsigned long) (x) - PAGE_OFFSET)         //物理地址  = 虚拟地址x  -  3GB

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               3.2，用户空间映射到物理地址空间。
        linux 采用了三级页表，实际上linux可以通过启用或禁用中间目录来启用两级和
       三级分页（使用相同的代码），在32位的x86体系上就用的两级页表。
 
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          先以两级页表说说虚拟地址是如何映射成为物理地址的吧。

         
               进程切换，首先是从新的进程的PCB中读出pgd，然后写入CR3中，cr3 = __pa(pgd)
 CR3相当于页表的根所在，CR3中存放的是页目录的基址，该基址 偏移量(线性地址的前10位)
  = 页表的基址，页表的基址 偏移量(线性地址的中间10位)=物理页的基址，物理页的基址
 偏移量 = 物理地址。

下面小结物理地址的计算：

1. cr3 Page Directory (10 MSB) = 指向 table_base
2. table_base Page Table (10 中间位) = 指向 page_base
3. page_base Offset = 物理地址 (获得页框)        
   

         
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四，使用内核模块程序读出当前进程的CR3和pgd进行对比。

#include <asm/system.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/mm_types.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/types.h>

static  unsigned long read_pgd(void)
{
    return (unsigned long)current->mm->pgd;
}

static int __init printvm_init(void)
{
    unsigned long cr3;
    unsigned long pgd = 0;

    cr3 = read_cr3();
    printk("cr3----------------->0x%lx\n",cr3);
    pgd = __pa(read_pgd());
    printk("pgd----------------->0x%lx\n",pgd);
    return 0;
}

static void __exit printvm_exit(void)
{
    printk("--------------------->exit!\n");
    return ;
}

module_init(printvm_init);
module_exit(printvm_exit);

内核里面写CR3：


结论：
      pgd里面存放的是虚拟地址，通过__pa()后映射为物理地址，然后将该值写入到CR3.

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