内核页表属性解释

1. PAGE_PRESENT (1UL << 0)

#define PAGE_PRESENT (1UL << 0U)  // 位0

• 作用：指示页面是否存在于物理内存中

• 为0时：页面不在内存中，访问会触发缺页异常（Page Fault）

• 使用场景：实现虚拟内存的按需分页

2. PAGE_RW (1UL << 1)

#define PAGE_RW (1UL << 1U)  // 位1

• 作用：控制页面的读写权限

• 为1：页面可读可写

• 为0：页面只读，写入会触发页错误

• 保护机制：防止意外修改代码段或只读数据

3. PAGE_USER (1UL << 2)

#define PAGE_USER (1UL << 2U)  // 位2

• 作用：用户空间访问权限

• 为1：用户态程序（Ring 3）可以访问该页面

• 为0：只有内核态（Ring 0-2）可以访问

• 安全意义：实现用户空间和内核空间的隔离

缓存控制属性

4. PAGE_PWT (1UL << 3)

#define PAGE_PWT (1UL << 3U)  // 位3 - Page Write Through

• 作用：写透缓存策略

• 为1：写入同时更新缓存和内存

• 为0：回写策略（Write Back）

• 使用场景：帧缓冲区、DMA 设备内存

5. PAGE_PCD (1UL << 4)

#define PAGE_PCD (1UL << 4U)  // 位4 - Page Cache Disable

• 作用：禁用缓存

• 为1：该页面不缓存

• 为0：启用缓存

• 使用场景：内存映射的 I/O 设备

状态位（由硬件设置）

6. PAGE_ACCESSED (1UL << 5)

#define PAGE_ACCESSED (1UL << 5U)  // 位5

• 作用：页面访问标志

• 硬件行为：CPU 在读取或写入页面时自动设置

• 软件用途：页面替换算法（如 LRU）的参考

7. PAGE_DIRTY (1UL << 6)

#define PAGE_DIRTY (1UL << 6U)  // 位6

• 作用：页面修改标志

• 硬件行为：CPU 在写入页面时自动设置

• 软件用途：判断页面是否需要写回磁盘

页面大小控制

8. PAGE_PSE (1UL << 7)

#define PAGE_PSE (1UL << 7U)  // 位7 - Page Size Extension

• 作用：启用大页面（2MB 或 1GB）

• 为1：使用大页面映射

• 为0：使用常规 4KB 页面

• 性能优势：减少 TLB 缺失，提高性能

高级特性

9. PAGE_GLOBAL (1UL << 8)

#define PAGE_GLOBAL (1UL << 8U)  // 位8

• 作用：全局页面标志

• 为1：页面在任务切换时不被 TLB 刷新

• 性能优势：减少 TLB 重填开销

• 使用场景：内核代码、常用库

10. PAGE_PAT_LARGE (1UL << 12)

#define PAGE_PAT_LARGE (1UL << 12U)  // 位12

• 作用：大页面的 PAT（Page Attribute Table）索引

• 配合 PAT：提供更细粒度的内存类型控制

• 高级用途：特殊的内存类型配置

安全特性

11. PAGE_NX (1UL << 63)

#define PAGE_NX (1UL << 63U)  // 位63 - No Execute

• 作用：禁止执行保护

• 为1：页面内容不可作为代码执行

• 安全意义：防止代码注入攻击（数据执行保护）

• 使用场景：栈、堆数据区域

实际应用示例

// 设置用户可读写的页面
unsigned long user_rw_flags = PAGE_PRESENT | PAGE_RW | PAGE_USER;

// 设置内核只读代码页
unsigned long kernel_ro_flags = PAGE_PRESENT | PAGE_GLOBAL;

// 设置设备内存（无缓存）
unsigned long device_flags = PAGE_PRESENT | PAGE_RW | PWT | PCD;

// 设置数据段（不可执行）
unsigned long data_flags = PAGE_PRESENT | PAGE_RW | PAGE_USER | PAGE_NX;

内存保护组合

页面类型	典型标志位	用途
内核代码	PRESENT + GLOBAL	操作系统内核
用户代码	PRESENT + USER	应用程序代码
用户数据	PRESENT + RW + USER + NX	应用程序数据
设备内存	PRESENT + RW + PCD	内存映射 I/O
只读数据	PRESENT + USER	常量数据

这些属性位共同构成了现代操作系统的内存保护基础，实现了权限控制、性能优化和安全防护。