临时2级页表的初始化过程 head_32.S 相关代码解释

2023-04-23,,

        page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);                /* __PAGE_OFFSET是0xc0000000,page_pde_offset = 3072 = 0xc00,是页目录中的偏移 */
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37 movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi /* 将pg0对应的物理地址送到edi */
38 movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx /* 将swapper_pg_dir(存放临时页全局目录的地址)送到edx */
39 movl $0x007, %eax /* 0x007 = PRESENT+RW+USER */
40 10:
41 leal 0x007(%edi),%ecx /* Create PDE entry —— 构造一个页目录项(地址+标志位),把edi指向的物理地址加上0x007放入ecx中 */
42 movl %ecx,(%edx) /* 第一次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第0项里,第二次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第1项里 */
43 movl %ecx,page_pde_offset(%edx) /* Store kernel PDE entry */
44 addl $4,%edx /* edx加上一个页目录项长度(4字节),指向页全局目录的下一个页目录项地址 */
45 movl $1024, %ecx /* 初始化1024个页目录项,设置计数器 */
46 11:
47 stosl /* eax -> [edi]; edi = edi + 4 */
48 addl $0x1000,%eax /* 更改eax的值,为下次stosl作准备 */
49 loop 11b /* 循环操作,其实就是初始化1024个页表项 */
50 /* End condition: we must map up to and including INIT_MAP_BEYOND_END */
51 /* bytes beyond the end of our own page tables; the +0x007 is the attribute bits */
52 leal (INIT_MAP_BEYOND_END+0x007)(%edi),%ebp /* ebp = edi指向的物理地址 + INIT_MAP_BEYOND_END(128K)+ 0x007 */
53 cmpl %ebp,%eax /* 比较ebp与eax */
54 jb 10b /* 如果eax < ebp,则跳到上面10的地方 */
55 movl %edi,(init_pg_tables_end - __PAGE_OFFSET) /* 此时的edi中存放pg0+0x2000,将此值存入init_pg_tables_end中,表示页表初始化结束 */
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下面的是较详细的解释(结合我的作业题目):

初始化临时内核页表是在startup_32汇编语言函数中完成的。在ULK所述中,假设内核能容纳于RAM的前8MB空间,然后对RAM的前8MB进行恒等映射
(例如用户地址0x00003000映射物理地址0x00003000,0xc0003000映射到物理地址0x00003000),来初始化临时页全局目录swapper_pg_dir和相应的页表。
映射8MB只需要填充swapper_pg_dir中第0项,1项,768项和769项。前两项是给用户线性地址映射,后两项给内核线性地址映射。用页全局目录里的两项就能对8MB映射的
理由是2×1024(页表有1024项)×4K(一页的大小)=8M。实际上初始化内核页表来对RAM的前8MB映射不是个硬性的规定。
这取决于你的内核的配置(我认为大多数情况下是对8MB映射)。在startup_32中可以看到,对多少内存进行映射是通过pg0动态判断的。   linux/arch/i386/kernel/head.S   page_pde_offset = (__PAGE_OFFSET >> 20);   /*__PAGE_OFFSET是0xc0000000,内核线性空间的起始地址。   page_pde_offset=0xc00(十进制为3072)*/   movl $(pg0 - __PAGE_OFFSET), %edi   /*假设pg0的物理地址(00567000),放入edi中。*/   movl $(swapper_pg_dir - __PAGE_OFFSET), %edx   /*swapper_pg_dir的物理地址,放入edx中。*/   movl $PTE-ATTR, %eax   /* PTE-ATTR=0x007 页目录项和页表项的低12位是标志位,把标志位0x007放入eax中。*/   10:   leal PDE-ATTR(%edi),%ecx /* Create PDE entry */   /*第一循环时把edi指向的pg0的物理地址加上PDE-ATTR放入ecx中。   第二次循环时把edi指向的物理地址0x567000加上PDE-ATTR放入ecx中。
  linux2.6/arch/x86/kernel/head_32.S 中的PDE-ATTR=0x067
*/   movl %ecx,(%edx) /* Store identity PDE entry */   /*第一次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第0项里。   第二次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第1项里。*/   movl %ecx,page_pde_offset(%edx) /* Store kernel PDE entry */   /*第一次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第768项里。因为前面算出page_pde_offset的值为3072,而swapper_pg_dir中每项是4个字节,所以3072/4=768。   第二次循环时把ecx中的内容放入swapper_pg_dir的第769项里。*/   addl $4,%edx   /*第一次循环时,此时edx指向swapper_pg_dir的第1项。   第二次循环时,此时edx指向swapper_pg_dir的第2项。*/   movl $1024, %ecx   /*为初始化1024个页表项设置计数*/   11:   stosl   /*把eax中的内容放入edi指向的物理地址中,然后edi+4。*/   addl $0x1000,%eax   loop 11b   /*跳到上面的11处循环。   第一次执行1024次后,从pg0物理地址(0x567000)开始存放的是0x007,0x1007,0x2007,...,0x3ff007,也就是当前能够映射到物理地址从0x000到0x3fffff处。此时edi中的值为0x567000。   第二次执行1024次后,从物理地址(0x568000)开始存放的是0x400007,0x401007,0x402007,...,7ff007,也就是当前能够映射到物理地址0x000到7fffff处,正好8MB。此时edi中的值为0x568000。*/   leal (INIT_MAP_BEYOND_END+PTE-ATTR)(%edi),%ebp   /*INIT_MAP_BEYOND_END的值为128k,在此文件中的一个宏定义。把edi指向的物理地址加上128k加上0x007放入edp中。*/   cmpl %ebp,%eax   /*在第一次循环中ebp中的值为0x567007,eax中的值为0x400007小于0x515007。当前所映射到的最大物理地址为0x3fffff没有包含0x567007,所以没有映射完。   在第二次循环中ebp中的值为0x568007,eax中的值为0x800007大于0x568007。当前所映射到的最大物理地址为0x7fffff包含了0x568007,所以物理地址映射完毕。*/   jb 10b   /*第一次循环做完时跳到上面的10处继续循环   第二次循环做完时跳出循环。*/

题目:

 在32位pc中,结合Linux2.6.26/arch/x86/kernel/head_32.S中228-251行相关代码,关于临时2级页表的初始化过程,假设pg0所在的物理地址是0x567000,回答下列问题(以下涉及到数值的地方,请用16进制表示):
1.填写在swapper_pg_dir中第0x0项的内容是什么,有什么含义?
2.若填写了swapper_pg_dir中第0x1项,则此内容是什么? 
3.填写在pg0的第0x0项、第0x1项和第0x3FF项的内容是多少,有什么含义?
4.根据swapper_pg_dir的第0x0项和pg0的内容,这个临时页表所代表的地址空间中,0~4MB-1的空间被映射的物理地址空间范围是什么?
5.若内核地址空间从3G开始,那么填写在swapper_pd_dir中第0x300项和0x301项的内容是什么,与上述第0项和第1项有什么关系,有什么含义?

综上分析:

1):填写在swapper_pg_dir中的第0项的内容是:0x567067
2):填写在swapper_pg_dir中的第1项的内容是:0x568067
3):填写在pg0的第0项是0x007
   填写在pg0的第1项是0x1007
   填写在pg0的第0x3FF项是0x3FF007

4):0-4M-1的空间对应的物理地址空间为:0x000-0x3fffff

5):swapper_gd_dir的第768项和769项的内容分别为:0x567067和0x568067

和第0项和第1项是相同的。因为第0,1项是给用户线性地址映射的。而前者是为内核线性地址映射的。

中间有什么错误,望同学指出!

临时2级页表的初始化过程 head_32.S 相关代码解释的相关教程结束。

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