看作業系統虛擬化原理總結篇 記憶體管理機制

2021-06-23 09:34:22 字數 1589 閱讀 8369

邏輯位址,線性位址,實體地址。  邏輯位址是程式中直接用到的位址,是由乙個16位的段選擇符和乙個32位的偏移量構成,**中的變數的位址儲存的實際是邏輯位址的偏移部分,也就是說這個段選擇符其實是存在於邏輯位址的高多少位的,這個對於程式來說是可見的。

線性位址和實體地址,這裡和分頁機制開啟是否有關,若開啟則必須要將邏輯位址轉換成線性位址再轉換到實體地址,若未開啟,則線性位址=實體地址。

分段機制:由四部分構成,邏輯位址,段選擇符,段描述符,段描述符表。 cpu通過邏輯位址中的段選擇符去索引段描述表然後找到段描述符,若以上都合法,則根據段描述符的基位址將邏輯位址轉換成線性位址。

那麼段選擇符是如何獲得的呢?都知道這個選擇符是存在於**中的,那麼為了使cpu能快速的獲得段選擇符,x86提供了6個段暫存器,這個用來存放當前程式的各個段的選擇符。

段描述符呢,這個是用來描述乙個段的,包括多大,基位址,等等。當查詢到段描述符後,首先會檢查合法性,然後會將其中的32位基位址和邏輯位址中的32位偏移量相加得到線性位址。

段描述符表,段選擇符去索引段描述是通過這個段描述符表來查詢的,分為兩種個,gdt,ldt。位了加速對gdt和ldt的訪問,x86提供了gdtr和ldtr的暫存器。程式可以使用lgdt和sgdt來對gdtr進行讀取或儲存,一般來說gdtr暫存器一般不會太大變化,而ldtr在每個程序切換的時候對會被替換成ldt的段描述符。

來個邏輯位址轉換成線性位址的總結:

1,程式載入;

2,通過程序的ldt的段選擇符索引gdt,獲得ldt的段描述符,被載入到ldtr暫存器。

4,從ds對應的段描述符暫存器獲得段的基位址,然後和偏移量相加,得到線性位址。

總之,就是先找到通過ldtr 來找到ldt,然後通過cs ds 去查詢到ldt,最後重新更新cs ds,然後根據更新的資訊+偏移量獲得線性位址。

分頁機制:

其核心思想就是通過頁表將線性位址轉換成實體地址,並配合旁路的緩衝區tlb來加速轉換過程,通過cr0的pg位置1來開啟。 

由三部分組成:頁表,cr3暫存器,tlb。

開始說到分段機制找到了線性位址,那麼開啟分頁機制之後的線性位址是什麼呢,他由三部分組成,頁目錄,頁表,偏移。

所以我們是通過目錄找到頁目錄項,然後表找到頁表項,最後和偏移量做加法。

然後一步一步分析: cpu要索引頁目錄,必須先找到頁目錄的實體地址,而這個是存放在cr3暫存器中的。 然後找到了頁目錄,然後再找到頁表項,最後和偏移位址做疊加。

其中,找頁表項的時候,在頁表項中有個p欄位,而這個欄位使虛擬記憶體成為可能。p=1,物理頁面存在於物理記憶體中,可以直接訪問該頁面;p=0,頁面不在物理記憶體中,訪問的時候會產生乙個缺頁中斷,然後交由作業系統去處理。

tlb能將最近用到的頁面進行快取, 這裡可以看出,快取的也只是頁面,而不是具體的實體地址,最後還得和線性位址進行疊加,得到實體地址。

而如何更新tlb呢,兩種辦法:更新cr3,導致tlb整體被重新整理;invlpg指令,對單獨的頁面進行重新整理。

再來一次總結:

首先cpu訪問乙個線性位址,若存在於tlb中,則和偏移量相加得到實體地址。

若不存在呢,則需要查詢頁目錄項,然後查詢頁表,最後和偏移位址相加,並且把對映插入到tlb中。

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