打开分页机制

news2024/12/12 19:31:15

分页机制的表

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一般线性地址和物理地址大小不会一样，物理内存空间不够时候，涉及和外部磁盘的swap过程，但是这个系统不涉及

CR3放的是页表的起始地址

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代码部分

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PDE:4MB page 一级页表的页块大小为4MB

然后是这个二级页表 PTE:4KB page

关于什么是PDE，什么是PTE？

一级页表的代码

我们这个OS采用的就是一级页表，页块大小为4MB

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os.c

#define PDE_P			(1 << 0)
#define PDE_W			(1 << 1)
#define PDE_U			(1 << 2)
#define PDE_PS			(1 << 7)

uint32_t pg_dir[1024] __attribute__((aligned(4096))) = {
    [0] = (0) | PDE_P | PDE_PS | PDE_W | PDE_U,	    // PDE_PS，开启4MB的页，恒等映射
};

属性含义:
P：有效位。0 表示当前表项无效。
R/W: 0 表示只读。1表示可读写。
U/S: 0 表示只能0、1、2特权级可访问。3 表示只有特权级程序可访问
A: 0 表示该页未被访问，1表示已被访问。
D: 脏位。0表示该页未写过，1表示该页被写过。
PS: 只存在于页目录表。0表示这是4KB页，指向一个页表。1表示这是4MB大页，直接指向物理页。
PWT、PCD、G：暂不讲解

首先要设置这个数组的第0个表项

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这一块代码是从0地址处开始填入的，需要占用实际的多个分页，当我们开启分页机制，相当于开启了虚拟内存，那么CPU就不能直接看到OS的内核部分代码了，所以内核这块要恒等映射

之所以用4MB的页块大小也是为了方便起见，那我们内核代码这地方做恒等映射也更方便了，只用给一个页块初始化就行了

[0] = (0) | PDE_P | PDE_PS | PDE_W | PDE_U

开启分页的机制

Start.S

// 跳转到c语言中运行
call os_init

// 将一级页表的地址给到，pg_dir前面os.c里面定义的数组
mov $pg_dir, %eax // eax中转
mov %eax, %cr3

mov %cr4, %eax
orl $(1 << 4), %eax			// 配置CR4的PSE位，使其支持4MB分页
mov %eax, %cr4

mov %cr0, %eax   // 需要将CR0的最高位置1
orl $(1 << 31), %eax		// 打开PG位，开启分页机制
mov %eax, %cr0

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看看CR3有没有变成pg_dir的地址

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假如分页成功开启的话输入info mem，就会是下图这样

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第一段是普通数据的映射，第二段是OS内核的映射

普通数据的映射

对于内核数据我们采用的是一级页表映射，对于普通数据我们采用二级映射

os.c

static uint32_t pg_table[1024] __attribute__((aligned(4096))) = {PDE_U};    // 要给个值，否则其实始化值不确定（编译链接的原因）

如果不给非0初值的话，字段全部混乱了

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因为这个数组会被放在一个叫bss的区域，在我们生成的os.bin文件中是不占内存空间的，被加载到内存中时，内存中这个数组原地方是什么值，我们读的就是什么值，所以比较随机，给0索引这个地方一个非0值，编译器就会自动给后面跟随着的数组项全0

因为是高10位索引页目录表，我们pg_dir数组里面的的索引为虚拟地址的高10位，数组项内容为对应二级页表的起始地址，我们这里只设置了一个二级页表就是page_table，但是编译器不支持直接将page_table的地址直接填进去，所以必须通过代码进行初始化

os_init

这个函数需要在汇编中调用

#define MAP_ADDR        (0x80000000)            // 要映射的地址

void os_init (void) {
    // 虚拟内存
    // 0x80000000开始的4MB区域的映射
    pg_dir[MAP_ADDR >> 22] = (uint32_t)pg_table | PDE_P | PDE_W | PDE_U;//这段代码完成了下图2的工作
    pg_table[(MAP_ADDR >> 12) & 0x3FF] = (uint32_t)map_phy_buffer| PDE_P | PDE_W | PDE_U; //这段代码完成了下图3的工作
};