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。
