9、Linux 分页机制深入解析

Linux 分页机制深入解析

1. 80×86 处理器分页电路与进程切换

在 Linux 系统中，为了便于理解，我们以 80×86 处理器的分页电路为例进行讲解。每个进程都拥有自己的页全局目录（Page Global Directory）和一组页表（Page Tables）。当发生进程切换时，Linux 会将当前进程的 cr3 控制寄存器的值保存到该进程的描述符中，然后将下一个要执行进程描述符中存储的 cr3 值加载到 cr3 寄存器。这样，当新进程在 CPU 上恢复执行时，分页单元就能引用正确的页表集合。

将线性地址映射到物理地址虽然是一项机械性的任务，但仍然具有一定的复杂性。接下来，我们将详细介绍一些用于处理页表的宏和函数。

2. 线性地址字段相关宏

2.1 PAGE_SHIFT

• 功能 ：指定偏移字段（Offset field）的位数。对于 80×86 处理器，该值为 12。
• 原理 ：由于一个页面内的所有地址都必须能放入偏移字段，所以 80×86 系统中页面大小为 (2^{12}) 字节，即 4096 字节。PAGE_SHIFT 的值 12 可以看作是页面总大小以 2 为底的对数。
• 相关宏 ：PAGE_SIZE 宏使用 PAGE_SHIFT 来返回页面大小；PAGE_MASK 宏的值为 0xfffff000，用于屏蔽偏移字段的所有位。

2.2 PMD_SHIFT

• 功能