Linux虚拟地址到物理地址转换过程

描述

虚拟地址到物理地址转换过程

虚拟地址和物理地址都被划分了两部分:

Linux

虚拟地址由虚拟页面号VPN和虚拟地址偏移VA offset两部分组成。同样,物理地址由物理页帧号PFN和物理地址偏移PA offset两部分组成。

虚拟地址转换成物理地址时,需要将VPN转成PFN。PA offset通常就是VA offset。

所以物理地址 = PFN + VA offset

这里的核心就是VPN到PFN的映射,而VPN到PFN的映射关系是通过页表记录。就是说,页表存储了VPN和PFN的映射关系,MMU根据VPN,在页表中找到PFN,再把PFN和VA offset相加,就得到了物理地址,从而将虚拟地址转为物理地址。

这里要区分一下,页表存储了VA到PA的映射关系,所以说找到页表就找到了物理地址。但是这个页表是软件提供的,MMU只负责将虚拟地址翻译成物理地址,翻译的依据就是页表,MMU本身不负责创建页表。所以说,在开启MMU之前,系统就要提前建立好虚拟地址到物理地址的映射关系,然后保存到页表中,这样开启MMU时,MMU才能正确找到对应的物理地址。

页表在哪

页表都存储在物理内存中, MMU将虚拟地址转换为物理地址,需要访问物理内存中对应的页表。

实际上,页表通常就是用一个数组来表示。

这里可能会一些疑问:

疑问:放到物理内存,每次转换都要访问内存,速度不慢吗?

答:慢。怎么解决呢?如果有cache是不是就很快了?是的,这块cache就叫TLB。

疑问:都放到物理内存,占用物理内存空间不大吗?

答:大,怎么解决?多级页表+缺页异常!多级页表可以减少内存占用,而通常只需将一级页表存储到物理内存,查找的时候,找不到二级页表,触发一个缺页异常,这时再分配页表,从而节省内存。

关于页表放到物理内存的问题,涉及到cache和其他的一些知识,内容很多且比较复杂,暂时不深究,知道页表是放在内存中的即可。

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