第八章: 内存管理:物理内存和虚存
在与GDT相关的一章中, 我们看到使用段机制, 物理内存地址要用一个段选择子和一个偏移计算.
在本章, 我们将实现分页. 分页将线性地址从段映射到物理地址.
我们为什么要分页?
分页机制允许我们的内核:
- 像内存一样使用硬盘驱动器, 并且不会受限于机器的ram容量.
- 为每个进程分配独有的内存空间.
- 动态控制内存空间是否有效.
在分页系统中, 每个进程可以执行在它的的4Gb内存中, 绝不会影响其他进程或内核的内存. 它简化了多任务调度.
它是怎么工作的?
从线性地址到物理地址的映射需经过多步:
- 处理器通过
CR3寄存器知道页目录表的起始地址. - 线性地址的前十位表示一个偏移(0~1023), 指向页目录表中的一项. 这一项包含一个页表的物理地址.
- 线性地址接下开的10位也表示一个偏移, 指向页表中的一项, 这一项指向一个4KB页帧.
- 线性地址的最后12位表示偏移(0~4095), 表示在4KB页帧中的位置.
格式化你的页表和页目录表
这两个类型的表项(表和目录)看起来是一样的. 我们的操作系统只会使用标灰的区域.
P: 指示这个页或者表是否在物理内存中R/W: 指示这个页或者表能否写(值等于1)U/S: 等于1时允许访问非首选任务A: 指示这个页或页表有没有被访问D: (只对页表有意义)指示页有没有被写PS(只对页目录表有意义)指示页大小- 0 = 4ko
- 1 = 4mo
注解: 页目录和页表中的物理地址用20位表示, 这是因为这些地址是4KB对齐的, 所以后12位等于0.
- 页目录和页表占用 1024*4 = 4096 bytes = 4k
- 一个页表能寻址 1024 * 4k = 4 Mo
- 一个页目录能寻址 1024 (1024 4k) = 4 Go
怎样开启分页?
为了开启分页, 只需设置 CR0 的第31位为1即可.
asm(" mov %%cr0, %%eax; \
or %1, %%eax; \
mov %%eax, %%cr0" \
:: "i"(0x80000000));
但是在之前, 我们需要至少一个也来初始化我们的页目录.