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【火哥学习笔记】分页机制

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[10-10-12 分页](#10-10-12 分页)

[2-9-9-12 分页](#2-9-9-12 分页)

10-10-12 分页

前置知识：线性地址、物理地址、以及文章Windows内存管理概述中的页式内存管理

对于每一个CUP核都有一个控制寄存器CR3指向了PDT表的首地址，也就是第一项·，之后的关系如下图：

其中PDE与PTE详细拆解如下

P位：1表示目标页有效，0表示无效。这就需要PDE与PTE的P位同时为1才能访问到目标物理地址

R/W位：0表示可读，1表示可读可写，判断逻辑同P位

U/S位：0表示所有特权级R0~R3可以访问，1表示只有特权级R0~R2可以访问

PWT位与PCD位：忽略

A位：0表示该页未被访问，1表示已经被访问

D位：又称为脏位，0表示该页未被写过，1表示被写过

PS位：只存在于PDE中，0表示是小页，指向一个PTT表，1表示是一个大页，值为基址，线性地址剩下的位全部作为偏移（10-10-12分页中就是后22位都作为偏移）

PAT位：忽略

G位：刷新TLB的时候不会刷新PDE/PTE的G位为1的页 （TLB见下文）

有效位：忽略

有约定，线性地址0xc0300000解析出来指向PDT表的第一项，所以我们使用0xc0300000 + k*4 就可以获得第k+1项PDE的地址

有约定，线性地址0xc0000000解析出来指向第一个PDE指向的PTT表的第一项，所以我们使用0xc0000000 + i*0x1000 + j*4就可以得到第i+1项PDE指向的PTT表中的第j+1项PTE的地址

（具体解释见挂载物理页(实验)文章）

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kd> !dd 1a16a000  
#1a16a000 1a2a9867 19c98867 19f6f867 00000000
#1a16a010 1999c867 00000000 00000000 00000000
#1a16a020 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a030 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a040 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a050 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a060 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a070 00000000 00000000 00000000 00000000
kd> !dd 1a16a000  + c00
#1a16ac00 1a16a863 1a26b863 00000000 0258e963
#1a16ac10 0258f963 02590963 02591963 02592963
#1a16ac20 02593963 02594963 02595963 02596963
#1a16ac30 02597963 02598963 02599963 0259a963
#1a16ac40 0259b963 0259c963 0259d963 0259e963
#1a16ac50 0259f963 025a0963 025a1963 025a2963
#1a16ac60 025a3963 025a4963 025a5963 025a6963
#1a16ac70 025a7963 025a8963 025a9963 025aa963
kd> !dd 1a16a000 + c00
#1a16ac00 1a16a863 1a26b863 00000000 0258e963
#1a16ac10 0258f963 02590963 02591963 02592963
#1a16ac20 02593963 02594963 02595963 02596963
#1a16ac30 02597963 02598963 02599963 0259a963
#1a16ac40 0259b963 0259c963 0259d963 0259e963
#1a16ac50 0259f963 025a0963 025a1963 025a2963
#1a16ac60 025a3963 025a4963 025a5963 025a6963
#1a16ac70 025a7963 025a8963 025a9963 025aa963
kd> !dd 1a16a000 + 0
#1a16a000 1a2a9867 19c98867 19f6f867 00000000
#1a16a010 1999c867 00000000 00000000 00000000
#1a16a020 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a030 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a040 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a050 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a060 00000000 00000000 00000000 00000000
#1a16a070 00000000 00000000 00000000 00000000

2-9-9-12 分页

2-9-9-12分页中每一个表项都是8字节，CR3寄存器指向了PDPTT表，也就是第一项PDPTE，线性地址到物理地址的方式和10-10-12分页的方法类似，细节有表项大小不同，以及多了一层的寻址。

2-9-9-12分页方式也使得寻址范围扩大到64G（0xfffffffff 9个f）

而PDE与PTE也有所变化，但是变化都不大

XD标志位：1表示该页数据不可执行（被保护），0表示可执行

低12位是属性，同10-10-12分页中的属性

如图可以验证前面所说的寻址范围为2^36 = 0xfffffffff

此外还有一点特殊的，就是第四张PDT表的前四项又分别指向了PDPTT表的前四项，如图

根据10-10-12分页对于0xc0300000地址的经验，我们可以推导出来2-9-9-12分页中，

而我们知道第4项PDPTE指向的PDT表的前4项PDE，又指向了前四个PDPTE 所以

使用(0xC0000000 + 3*0x200000 + 3*0x1000) = (0xC0603000) + k*8 就可以获得第k+1项PDPTE的地址

使用(0xC0000000 + 3*0x200000) = (0xC0600000) + j*0x1000 + k*8 就可以获得第j+1项PDPTE对应的第k+1项PDE的地址

使用0xC0000000 + i*0x200000 + j*0x1000 + k*8 就可以获得第i+1项PDPTE对应的第j+1项PDE对应的第k+1项PTE的地址

（挂载物理页实验成功，可以有力的说明以上结论是正确的）

但是在2-9-9-12分页模式下 这种0xc0000000 + n是无法得到CR3寄存器的值的

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kd> !dd 029402a0  
# 29402a0 14280801 00000000 14081801 00000000
# 29402b0 14342801 00000000 1437f801 00000000
# 29402c0 18b18801 00000000 18a99801 00000000
# 29402d0 18b1a801 00000000 18b17801 00000000
# 29402e0 f8a68300 00000000 19492801 00000000
# 29402f0 194d3801 00000000 19490801 00000000
# 2940300 f8a68320 00000000 00000000 00000000
# 2940310 00000000 00000000 00000000 00000000
kd> !dd 029402a0 + 3*8
# 29402b8 1437f801 00000000 18b18801 00000000
# 29402c8 18a99801 00000000 18b1a801 00000000
# 29402d8 18b17801 00000000 f8a68300 00000000
# 29402e8 19492801 00000000 194d3801 00000000
# 29402f8 19490801 00000000 f8a68320 00000000
# 2940308 00000000 00000000 00000000 00000000
# 2940318 00000000 00000000 f8a68340 00000000
# 2940328 00000000 00000000 00000000 00000000
kd> !dd 1437f000 + 3*8
#1437f018 1437f863 00000000 14103863 00000000
#1437f028 1401f863 00000000 00000000 00000000
#1437f038 0274e963 00000000 0274f963 00000000
#1437f048 02750963 00000000 02711963 00000000
#1437f058 02712963 00000000 02713963 00000000
#1437f068 02714963 00000000 02715963 00000000
#1437f078 02716963 00000000 02717963 00000000
#1437f088 02718963 00000000 02719963 00000000
kd> !dd 1437f000 + 0*8
#1437f000 14280863 00000000 14081863 00000000
#1437f010 14342863 00000000 1437f863 00000000
#1437f020 14103863 00000000 1401f863 00000000
#1437f030 00000000 00000000 0274e963 00000000
#1437f040 0274f963 00000000 02750963 00000000
#1437f050 02711963 00000000 02712963 00000000
#1437f060 02713963 00000000 02714963 00000000
#1437f070 02715963 00000000 02716963 00000000
kd> !dd 14280000 + 0
#14280000 14143867 00000000 14098867 00000000
#14280010 144f5867 00000000 00000000 00000000
#14280020 1464f867 00000000 142d7867 00000000
#14280030 00000000 00000000 00000000 00000000
#14280040 14382867 00000000 00000000 00000000
#14280050 00000000 00000000 00000000 00000000
#14280060 00000000 00000000 00000000 00000000
#14280070 00000000 00000000 00000000 00000000

TLB与高速缓存

（看不懂英文 先留坑）https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/translation-lookaside-buffer