进程中有多少个段表、多少个页表?

本文解答了关于存储器管理机制中的常见疑问,包括分页、分段及段页结合方式下,进程对应的页表和段表数量。适用于操作系统学习者。

老羊快跑 微信公众号 内有老羊的《200分钟PCB设计傻瓜教程》,免费观看

最近有很多同学问这样几个问题,就是在操作系统中,1.如果存储器管理采用基本分页机制,那么每个进程有几个页表?2.如果采用基本分段机制,每个进程有几个段表?如果采用基本分页和分段相结合的方式,每个进程有几个段表和几个页表?

 

下面给出统一的答案供大家参考。其实不同的操作系统的在内存储器管理上,使用的方法可能是不一样,不能一概而论。针对我们常见的PC操作系统而言,一般:

1.      如果存储器采用基本分页机制,那么操作系统会为每个进程或任务建立一个页表(这个页表可能是一级的也可能是多级的)。整个操作系统中有多个进程在运行,那么系统就会有多个页表。页表在内存中的存储位置由寄存器CR3给出。

2.      如果存储器采用基本分段机制,那么操作系统会为每个进程或任务建立一个段表(一般不用多级),用于记录数据段、代码段等各类段在内存中的具体位置。

3.      如果采用段页式结合的机制,那么一般一个进程或任务,操作系统会给其建立一个段表,而段表中的每个段又会对应一个页表,也就是说,段页式机制的每个进程有一个段表,有多个页表。

 

对于典型的linux系统而言,操作系统会维护一个全局描述符表(相当于系统的段表),全局描述符表中用于记录系统任务和用户任务的描述符,其中用户任务的描述符又指向用户任务的局部描述符表(相当于用户任务的段表)。因此要说linux中的分段机制用的是一张大表,我个人认为也是有道理的。如果大家感兴趣可以翻看《Linux内核完全剖析基于0.12内核》当然,如果应付考试,请记住上面三点。


老羊快跑,欢迎关注。

### 页表数量与页表基地址的关系 在Linux内核中,每个进程都有独立的页表结构,用于管理虚拟地址到物理地址的映射。页表的数量取决于系统中运行的进程数量,因为每个进程都需要自己的页表来维护其地址空间的映射关系。对于用户空间进程页表基地址存储在TTBR0_EL0寄存器中,而对于内核空间,页表基地址存储在TTBR1_EL1寄存器中[^2]。这意味着,尽管每个进程都有自己的页表,但系统中始终存在两个主要的页表基地址:一个用于用户空间,另一个用于内核空间。 在多任务环境中,每当进程切换发生时,CPU需要切换页表基地址,以确保当前运行的进程使用的是其自己的页表Linux内核通过将新进程页表基地址写入相应的寄存器(如TTBR0_EL0)来完成这一操作。这种机制确保了每个进程的地址空间隔离,同时允许内核在需要时访问所有进程的地址空间。 ### 页表基地址的实现与作用 页表基地址的设置是通过硬件支持实现的。例如,在ARMv8架构中,TTBR0_EL0和TTBR1_EL1分别指向用户空间和内核空间的最高级页表(页目录)的物理地址。CPU使用这些寄存器中的值来查找页表,并进行虚拟地址到物理地址的转换。由于页表必须位于物理地址空间中,因此页表基地址总是物理地址[^3]。 在进程切换时,Linux内核会更新这些寄存器的值,以指向新进程页表基地址。这一过程涉及到从进程描述符中获取页目录的物理地址,并将其写入相应的寄存器中。这种机制确保了每个进程的地址空间独立性,并且不会干扰其他进程或内核本身的地址空间。 ### 代码示例 以下是一个简化的代码示例,展示了如何在Linux内核中切换页表基地址: ```c void switch_page_table(struct task_struct *next) { // 获取下一个进程页表基地址 unsigned long pgd_phys = __pa(next->mm->pgd); // 更新TTBR0_EL0寄存器,指向新进程页表基地址 write_sysreg(pgd_phys, TTBR0_EL0); // 内存屏障,确保页表更新生效 isb(); } ``` 在这个示例中,`next->mm->pgd`表示下一个进程的页全局目录(Page Global Directory, PGD),并通过`__pa`宏将其转换为物理地址。然后,该物理地址被写入TTBR0_EL0寄存器,以完成页表的切换。内存屏障指令`isb()`用于确保该操作在后续指令之前完成,从而保证地址转换的正确性。 ###
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符  | 博主筛选后可见
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值