Linux内核源码学习之 内核页表打印

SeoHyunChyL 2015-03-06

本学期Linux内核实验最后是打印内核页表,线性地址----物理地址

我看到这个实验题目的时候想到的就是这个init函数(因为这部分当时就是我讲的^_^),这个函数是初始化linux内核页表的,也就是将32位系统中3G以上的896M线性地址映射到物理地址的0-896M,在其调用者paging_init函数中还处理了其他的情况,比如固定映射之类的。那属于高端内存映射那一块的内容,目前我们先看一下如何将内核页表3G~3G+896M的线性地址对应的物理地址打印出来。

一下的源码是linux2.6.11版本的,应该是和白皮书上的是对应的版本

static void __initkernel_physical_mapping_init(pgd_t *pgd_base)

{

        unsignedlong pfn;

        pgd_t*pgd;

        pmd_t*pmd;

        pte_t*pte;

        intpgd_idx, pmd_idx, pte_ofs;

        /*因为内核的线性地址空间是从0xC0000000开始的,所以这里我们只需要初始化内核全局页目录从0x300开始的项*/

        pgd_idx= pgd_index(PAGE_OFFSET);      /*768*/

        pgd= pgd_base + pgd_idx;                        /*pgd指向当前的目录项 */

        pfn= 0;                                                            /*需要被映射的物理页框号,从物理地址0开始 */

 

        /*初始化从768开始的每个页全局目录项,PTRS_PER_PGD为总项数1024 */

        for(; pgd_idx < PTRS_PER_PGD; pgd++, pgd_idx++) {

                  pmd= one_md_table_init(pgd);

                  if(pfn >= max_low_pfn)                    /*max_low_pfn代表被内核直接映射的最后一个物理页框的页框号*/

                            continue;

 

                  /*初始化每个页中间目录项,前面说到启用了物理地址扩展的32位x86系统中,使用三级映射,

                  而没有启用物理地址扩展的32位系统,其实只使用了其中的两级,虽然在软件结构中PMD依然存在,

                  但实际只是一个摆设。内核通过将PTRS_PER_PMD设为1,并且在one_md_table_init初始化PMD的函数中

                  直接将PMD的第一项初始化为指向其地址的PGD项本身,完成了一个"原地"的映射。也就是说,

                  此时的每一个页目录项,既表示一个页中间目录描述符,也表示一个页表 */

                  for(pmd_idx = 0; pmd_idx < PTRS_PER_PMD && pfn < max_low_pfn; pmd++,pmd_idx++) {

                            unsignedint address = pfn * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET;

 

                            /*Map with big pages if possible, otherwise create normal page tables. */

                            if(cpu_has_pse) {

                                    unsignedint address2 = (pfn + PTRS_PER_PTE - 1) * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET +PAGE_SIZE-1;

                                    if(is_kernel_text(address) || is_kernel_text(address2))

                                              set_pmd(pmd,pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC));

                                    else

                                              set_pmd(pmd,pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE));

 

                                    pfn+= PTRS_PER_PTE;

                            }else {

                                    pte= one_page_table_init(pmd);

                                    /*最后初始化每个页表项,也就是每个物理页框的描述符。注意pfn++表示页框号依次加1,

                                    而其初始值为0,也就是把物理地址从0开始的页框,直接映射到内核线性地址0xC0000000开始的空间内

                                    ,映射的方式与临时内核页表相似,只不过范围更大了 */

                                    for(pte_ofs = 0;

                                          pte_ofs < PTRS_PER_PTE && pfn< max_low_pfn;

                                          pte++, pfn++, pte_ofs++, address +=PAGE_SIZE) {

                                              if(is_kernel_text(address))

                                                        set_pte(pte,pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_EXEC));

                                              else

                                                        set_pte(pte,pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL));

                                    }

                            }

                  }

        }

}

注:上面的注释是针对没有开启PAE模式的,如果开启PAE,就是 4----512----512----也就是上面的768变为3,PTRS_PER_PGD为512 PTRS_PER_PMD为1,PTRS_PER_PTE为512

看完这个函数,我们来想一下怎么打印内核页表,我的系统是默认开启PAE的,也就是内存中是2M的页和4KB的页并存的,页目录和页表的组织形式是:

Cr3--àPDPT--àpmd [--àpte]-àpage 中间的pte之所以要加方括号,表示的是这一级不一定有,即如果对应的是2M的页,那么这个pmd中存放的就是2M页的物理地址和标志位,此时page的大小是2M;如果有这一级,那么对应的页是4KB的。这个从数量上很好理解,pmd一个表项对应的是2M的线性地址空间,如果页的大小是2M那么pmd相当于是页表,如果页的大小是4KB,那么有512项,正好需要借助再加上一级的pte(512)项来表示,这也就是上面函数对应的在pmd下判断是否有2M页的结构。

所以打印函数可以写成这样了:

for (; pgd_idx < PTRS_PER_PGD;pgd_idx++) {

      unsignedlong pgd_cur = pgd_idx * PGDIR_SIZE;

      pmd= pmd_offset((pud_t *)(pgd_base + pgd_idx), pgd_cur);

      for(pmd_idx = 0; pmd_idx < 448/*PTRS_PER_PMD*/; pmd_idx++) {

            unsignedlong pmd_cur = pgd_cur + pmd_idx * PMD_SIZE;

            if(pmd_present(pmd[pmd_idx])){

                    pte= pte_offset_kernel((pmd_t *)(pmd + pmd_idx), pmd_cur);

                    pte1= pmd_val(*((pmd_t *)(pmd + pmd_idx)));

                    if((((unsignedlong)pte1)>>7)&0x1)

                    {

                        //打印2M页

                    }

                    else

                    {

                        for(pte_ofs = 0; pte_ofs < PTRS_PER_PTE; pte_ofs++) {

                              unsignedlong pg_cur = pmd_cur + pte_ofs * PAGE_SIZE;

                              if(pte_present(pte[pte_ofs]))

                              {

                                    //打印4kb页

                              }

                        }

                    }

            }     

      }       

}

因为打印的内容很多,用seq文件实现比较方便。

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