Вопрос или проблема
Я нашел следующие диаграммы, исследуя, как работает страничная организация в Linux.
+-----+
| PGD |
+-----+
|
| +-----+
+-->| P4D |
+-----+
|
| +-----+
+-->| PUD |
+-----+
|
| +-----+
+-->| PMD |
+-----+
|
| +-----+
+-->| PTE |
PMD
--> +-----+ PTE
| ptr |-------> +-----+
| ptr |- | ptr |-------> PAGE
| ptr | \ | ptr |
| ptr | \ ...
| ... | \
| ptr | \ PTE
+-----+ +----> +-----+
| ptr |-------> PAGE
| ptr |
...
Насколько я понимаю, каждый логический адрес делится и индексируется следующими способами:
Для 32-битных систем: 10 + 10 + 12 = 32 бита
Для 64-битных систем: 9 + 9 + 9 + 9 + 12 = 48 бит
Таким образом, учитывая эту информацию, у меня возник вопрос. Индексируется ли отдельный указатель (или “ptr”, как на второй диаграмме) в таблице страниц так же, как и любой другой логический адрес? То есть, если это так, то создается новая иерархическая структура PGD (к P4D и т.д.) и так далее…
Или я что-то упускаю, чего не вижу и не понимаю?
Записи директории страниц и записи таблицы страниц, с установленным битом “present”, хранят (части) физических адресов. Это означает, что их можно обойти без необходимости рекурсии. (Ваш вопрос описывает 64-битную страничную организацию x86, а не страничную организацию Linux.)
Ответ или решение
Вопрос, который вы подняли о том, как индексируются указатели (или «ptr», как они обозначены в ваших диаграммах) внутри таблицы страниц в системе виртуальной памяти, имеет важное значение для понимания работы пейджинга в современной операционной системе, такой как Linux. Давайте детально разберем этот процесс.
Понимание виртуальных адресов и таблиц страниц
В виртуальных адресных пространствах, таких как 32-битные или 64-битные системы, логический адрес разбивается на несколько компонентов. Этот процесс индексирования применяется как к логическим адресам, так и к указателям из таблиц страниц.
-
Структура логического адреса:
- 32-битные системы: Логический адрес делится на три компонента: 10 бит для PGD (Page Global Directory), 10 бит для PUD (Page Upper Directory), и 12 бит для смещения внутри страницы.
- 64-битные системы: Аналогично, здесь логический адрес разбивается на четыре уровня (PGD, P4D, PUD, PMD и PTE), где каждая часть по 9 бит (всего 36 бит) и 12 бит отведено на смещение.
-
Индексирование таблиц страниц:
Когда ядро операционной системы получает логический адрес, оно раскладывает его на составляющие. Напротив, каждая из страниц будет хранить указатели, которые ссылаются на следующие уровни таблиц страниц. Таким образом, указатели (или «ptr»), которые вы видите в таблицах (такие как PMD или PTE), используют те же размеры и схемы адресации, что и логические адреса.
Аналогия индексирования
Указатели в таблицах страниц действительно индексируются аналогично логическим адресам, но с некоторыми особенностями, которые стоит рассмотреть:
-
Иерархия: Каждый указатель в таблицах представляет собой физический адрес, который ссылается на следующую таблицу страниц или на саму страницу данных. Это означает, что при обращении к памяти с использованием логического адреса система выполняет иерархическую процедуру, чтобы «пройти» через каждую таблицу, начиная с PGD и заканчивая PTE.
-
Хранение физических адресов: Поскольку PTE хранят физические адреса в памяти, системы могут обходить таблицы без необходимости рекурсивного обращения к ним, когда требуется доступ к памяти.
Заключение
Таким образом, можно утверждать, что указатели внутри таблицы страниц индексируются тем же образом, что и логические адреса, с условием, что каждый указатель ведет к следующему компоненту адреса. Это подтверждает, что архитектура распределения памяти действительно иерархична и ключевые элементы (PGD, PUD, PMD, PTE) работают в унисон с индексами логических адресов.
Следовательно, ваше осознание о том, что для каждых уровней создается соответствующая структура, является верным. Понимание этой структуры имеет важное значение для оптимизации работы с памятью и эффективного управления ресурсами в современном программном обеспечении.
Если у вас есть дополнительные вопросы, касающиеся работы систем управления памятью или других аспектов IT-инфраструктуры, не стесняйтесь обращаться за разъяснениями.