分类： LINUX
2008-04-17 16:03:06
对于所有physical pages的管理用的是一个char数组mem_map, 用于记录每个物理页面当前被引用的次数。当然，如果物理页面为free的话，该mem_map中对应的值为0. 如果mem_map中的值大于1的话，表示该物理页为多个虚拟页面共享（可以是不同进程的虚拟页面，从而实现进程间的共享）。在对内存的处理中，几个经常用到的操作，是根据虚拟地址找到它所在的页表目录以及页表。使用的公式为：
dir = (unsigned long*)(addr >> 20) & 0xffc;
page_table = (unsigned long*)(0xfffff000 & *dir);
physic_addr = (unsigned long*)(0xfffff000& *page_table);
要了解这些公式的含义，首先需要弄明白在linux中虚拟地址的结构以及页表目录表项和页表表项的结构。现在来分析上面三个公式的含义：
1. dir = (addr >> 20) & 0xffc; 等价于 dir = ((addr >> 22) << 2) & 0xffc。根据地址结构，addr >> 22得到的是页表目录的索引，但每个页表目录表项占用了4个地址并且页表目录在内存中的起始位置是0，所以(addr >> 22) << 2也就是该地址对应的页表目录表项在内存中的物理地址。这里&0xffc是为了保证所得的地址的位数为12位（10位为页表目录索引，而每个页表目录表项占用了4个字节，所有另外的两位相当于这4个字节里面的索引。）。
2. page_table = (0xfffff000 & *dir); *dir获得页表目录的表项内容。0xfffff000 & *dir获取该表项中的前20位，所得结果就是页表所在物理内存中的地址。我们可以利用page_table++或page_table--在页表中游走，从而得到不同的虚拟页面对应的物理地址。
3. physic_addr(0xfffff000 & *page_table);和上面这个公式的含义差不多，只不过我们这里得到的是虚拟页面对应的物理页面的地址。
整个memory.c文件中包含的函数有：
get_free_page：使用汇编代码写的。没有看懂。但基本原理用该是扫描mem_map数组找出第一个遇见的mem_map为0的物理页面（first-fit）。
free_page(addr): 注意这里的参数应该为物理地址。这个函数比较简单，也就是设置addr对应的mem_map中的表项值为0。
free_page_tables(from, size): 释放从地址from开始，长度为size大小的线性地址空间。注意这里from是虚拟地址空间的地址，而不是物理地址。为了释放释放这些地址，我们首先需要根据from找到对应的页表目录，以及页面。
copy_page_tables(from, to, size): 从地址from开始，copy大小为size的地址空间到地址to处。这里copy只是页表的内容，而不是实际的虚拟内存中的内容。
put_page(page, address): 这个用于将物理页面page对应到虚拟地址address所在的页面。这个函数所作的主要是更改页表目录以及页表的相关表项而已。
un_wp_page(table_entry): 实现写时复制的功能。table_entry指向需要写保护的页面所在的页表表项的地址。当然如果该表项没有别共享（也就是只有一个页表项指向它，此时该页对因的mem_map项的值为1），我们不做任何操作。Otherwise, 申请一个新的页，然后利用copy_page函数将原有的页拷贝到新页，就可以了。
do_wp_page(error_code, address): 对地址address所在的页面进行写保护。它主要就是计算address所在的页表项，然后调用un_wp_page函数。计算公式为：(unsigned long*)((address >>10) &0xffc) + (0xfffff000 & *((unsigned long*)((address >> 20) & 0xffc)))。+号后面计算的是该地址所在的页表，+号前面计算的是该地址在该页表中的偏移。这样得到的也就是该地址所在的页表表项的地址了。
write_verify(address): 检查地址address所在的页面是否是写保护的，如果是的话，就调用do_wp_page进行写时复制的操作。
get_empty_page(address): 获得一个空的物理页，然后将其对应在地址address所在的虚拟页面。
try_to_share(address, struct task_struct *p)：主要功能就是将进程p中地址address所在的页面与当前进程进程共享。这个函数中的大部分操作是在进行页表目录以及页表的处理。首先根据address，以及进程p的信息，找到address所在的虚拟页面对应的物理页面，然后就是修改当前进程地址空间中address所在的页面以及页面目录信息等，以使当前进程的address与进程p的address所在的页面相同。
share_page(address): 从所有的进程中查找可以和当前进程共享地址空间的进程。
do_no_page(error_code, address): 处理缺页中断。从磁盘中读取address对应的文件信息到内存中。其步骤主要为申请一个free page, 然后从磁盘中读取address对应的文件信息（这些信息存在每个进程的task_struct结构中），然后利用磁盘信息填充页面。
mem_init(long start_mem, long end_mem): 对变量mem_map进行初始化。
calc_mem: 对当前内存的使用情况进行显示。包括空闲页面的数量，每个页表目录项使用了多少个物理页等等。
总结：看了这些代码之后，发觉里面的大部分代码都是在对页表目录和页表进行查询和维护。还有就是对虚拟地址的分析，如得到其对应的页表目录项，对应的页表项等。这里用到的一些技术包括：进程间页面的共享，写时复制等。
看完了之后总体感觉是没有特别难懂的地方。刚开始的时候，遇到的主要问题是在弄懂虚拟地址，页表表项，页表目录表项之间的换算关系上。里面太多的这种换算令我很头痛。后来发现，只要掌握了刚开始那三个公式的含义，理解其他的公式相对来说就很容易了。整个程序中没有用到什么的数据结构和算法，主要就是几个表格而已。算法主要也就是一些程序逻辑问题而已，一般的操作系统书籍都有讲到。只要理解了书中讲到的一些知识，要了解这些程序中的逻辑也就不是很难了。我想在几天之后再来研究研究Liunx中文件处理，看看里面有什么好的东西。
