Linux 0.11 中的 put_page 函数 | 糖醋鱼的小破站

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2023/07/17/put_page-function-in-Linux-0.11

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Oct 22, 2023 01:31 PM

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Oct 22, 2023 01:31 PM

put_page 是 Linux 0.11 内核中的一个函数，它用于将物理内存页面映射到进程的虚拟地址空间中。它接受两个参数：page 和 address。page 是要映射的物理页面的地址，而 address 是要映射到的虚拟地址。

下面是 put_page 函数在 Linux 0.11 中的实现（位于 linux/mm/memory.c 文件中）：


unsigned long put_page(unsigned long page,unsigned long address)
{
    unsigned long tmp, *page_table;

    // address>>20&ffc存放的是页目录的地址。
    // 此操作相当于把page_table设置为指向该页目录项的指针
    page_table = (unsigned long *) ((address>>20) & 0xffc);

    // 检查页目录项，即页表地址是否有效。
    // 有效的话则把page_table跟上面一样再跳一级，依据页号指向该页目录项对应的页表的第一项；
    // 无效的话，则新申请一张页表
    if ((*page_table) & 1)
        page_table = (unsigned long *) (0xfffff000 & *page_table);
    else {
        tmp = get_free_page();
        *page_table = tmp | 7;
        page_table = (unsigned long *) tmp;
    }

    // 将页表视为数组，偏移量为页号，页号从address中取得。
    page_table[(address>>12) & 0x3ff] = page | 7;
    return page;
}

该函数首先根据传入的虚拟地址 address 计算出对应的页目录项地址，并将 page_table 指针设置为指向该页目录项。然后检查该页目录项是否有效（即对应的页表是否存在）。如果有效，则将 page_table 指针设置为指向该页目录项对应的页表；否则，使用 get_free_page 函数申请一个新的物理页面作为页表，并将该页表的地址写入页目录项中。

接下来，函数根据传入的虚拟地址 address 计算出对应的页表项索引，并将传入的物理页面地址 page 写入该页表项中。最后，返回传入的物理页面地址 page。

一个示例

下面是一个简单的示例，用于解释这行代码的工作原理。

假设我们有一个虚拟地址 address，其值为 0x12345678。我们希望将一个物理页面映射到该虚拟地址所在的页面。

首先，我们需要计算出该虚拟地址对应的页目录项地址。在 Linux 0.11 中，每个进程都有一个页目录，它是一个包含 1024 个页目录项的数组。每个页目录项占用 4 个字节，用于存储对应页表的地址。

由于每个页目录项占用 4 个字节，因此页目录的总大小为 1024 * 4 = 4096 字节，即 4KB。Linux 0.11 将每个进程的页目录放在其虚拟地址空间的最后 4KB 处，因此页目录的起始地址为 0xfffff000。

现在，我们需要根据虚拟地址 address 计算出对应的页目录项索引。由于每个页表包含 1024 个页表项，每个页表项对应一个页面（大小为 4KB），因此每个页目录项可以映射 1024 * 4KB = 4MB 的虚拟地址空间。因此，我们可以通过将虚拟地址右移 22 位（即除以 2^22 = 4MB）来计算出对应的页目录项索引。

在本例中，虚拟地址 address 的值为 0x12345678，右移 22 位后得到 0x48。这意味着我们需要访问第 0x48 个页目录项。

由于每个页目录项占用 4 个字节，因此第 0x48 个页目录项的地址为 0xfffff000 + 0x48 * 4 = 0xfffff120。这就是我们要访问的页目录项的地址。

现在让我们回到代码中：


page_table = (unsigned long *) ((address>>20) & 0xffc);

这行代码首先将虚拟地址 address 右移 20 位（即除以 2^20 = 1MB），然后与 0xffc 进行按位与运算。由于 0xffc = 0b111111111100，因此这相当于保留了右移后结果的最高 10 位，并将其他位清零。

在本例中，虚拟地址 address 的值为 0x12345678，右移 20 位后得到 0x123。将其与 0xffc 进行按位与运算后得到 0x120。这正是我们要访问的页目录项相对于页目录起始地址的偏移量。

最后，代码将计算出的偏移量强制转换为指针类型，并赋值给指针变量 page_table。由于没有指定基地址，因此这里实际上是将偏移量作为绝对地址来使用。由于 Linux 0.11 将每个进程的页目录放在其虚拟地址空间的最后 4KB 处（即起始地址为 0xfffff000），因此这相当于将指针变量 page_table 设置为指向第 0x48 个页目录项。