在Intel体系结构的CPU中,现代操作系统如Linux都采用内存保护模式来管理内存。我们看Linux内核中的内存管理相关内容时,会遇到一个基本问题:普通用户程序中的地址是如何转换到内存上的物理地址的?IA-32架构的CPU规定地址映射过程是逻辑地址–>线性地址–>物理地址。Linux既然能在Intel架构的CPU上运行,就要遵守这个规定,那么Linux又是如何进行地址映射的?
本文以RHEL5.8 i686内核源码版本2.6.18-308(源码下载地址ftp://ftp.redhat.com/pub/redhat/linux/enterprise/5Server/en/os/SRPMS/),在IA-32架构CPU为基础,分析CPU架构下的地址映射过程及Linux内核中的实现,并给出一些工具(附源码)来验证整个地址映射过程(包括PAE机制下的映射),方便我们更直观和深入理解Linux在x86 CPU地址映射。对于Linux在x64_64 CPU中的内核地址映射过程,会在另外一篇文章中单独介绍。
目 录
1 概述… 3
2 IA-32体系结构内存地址映射… 4
2.1 CPU相关寄存器… 4
2.1.1 系统寄存器… 5
2.1.2 内存管理寄存器… 5
2.2 保护模式的内存管理… 7
2.3 32位时页面机制地址映射… 9
2.3.1 逻辑地址到线性地址的映射… 9
2.3.2 线性地址到物理地址的映射… 11
2.4 PAE页面机制地址映射过程… 12
2.4.1 PDPTE寄存器… 12
2.4.2 逻辑地址到线性地址的映射… 13
2.4.3 线性地址到物理地址的映射… 13
3 Linux内核的地址映射过程… 15
3.1 段式映射过程… 15
3.2 页式映射过程… 17
4 Linux地址映射实验… 19
4.1 gdtr和cr3寄存器值的获取… 20
4.2 读取物理内存上的数据… 21
4.3 地址映射过程实验… 21
4.3.1 段式映射过程… 23
4.3.2 页式映射过程… 24
4.4 PAE机制下地址映射过程实验… 26
4.4.1 段式映射过程… 26
4.4.2 页式映射过程… 27
5 常见问题及解答… 28
完整文档下载地址:Linux内存地址映射
实验相关源码下载地址:Memory_Address_Mapping
站长辛苦了!
非常感谢。若对本文有疑问或错误指正,欢迎留言。
Can you please add the pdf for english also..? I kindly request you to consider adding pdf in english language also.
我写了一篇参考博主流程的文章, 在此表示感谢.
http://ziyang3721.github.io/2015/02/02/study-linux-vm-32bit.html
非常受教!感谢。小弟在查看源码的时候发现2.6.25之后的内核中都没有/arch/i386而是/arch/x86文件夹,其中也找不到相应的包含GDT初始化的head.S。感觉是换了一种方式填写GDT,不知道该如何查找?
32位内核,文件为arch/x86/kernel/head_32.S,
64位内核,文件为arch/x86/kernel/head_64.S。
我用的内核版本是3.0.35,dram.ko可以使用,可是sys_reg.c无法正确编译,不知道在高版本内核里要怎么获取GDTR的值。
高版本内核读取GDTR的方式都一样,因为这是x86的汇编指令,和内核版本无关。
可以参考这个源码:
https://github.com/manuscola/mm_addr
恩,我用的就是这里的代码,只是我是想在ARM处理其上用这段代码。莫非X86和ARM获取GDTR的指令不一样?
ARM与x86的汇编指令肯定是不一样的。不一样的指令集、不一样的架构。
您好,我想问下您刚才在x86验证的地址转换关系在arm平台上也是一样的吗,CR0-CR3寄存器对于ARM和x86平台有区别没有
x86和ARM地址映射原理一样。具体转换关系不一样。