TLB中的内核内存(虚拟地址条目)？

Question

Linux是操作系统,ARM是在此上下文中引用的处理器.

TLB是否包含内核和用户空间虚拟地址？内核内存开始于0xc000_0000并转到0xFFFF_FFFF 前3 GB属于用户空间的位置.在进程之间的上下文切换之间,刷新TLB.

TLB是否包含内核和用户空间虚拟地址？

内核内存(虚拟)直接对应物理内存(只是偏移0xC000_0000将给我们物理地址).是否有必要在TLB中使用内核(虚拟)(如果你说它存在于TLB中)？它应该只有用户空间地址.

Answer 1

我们在现代CPU中进行虚拟到物理地址转换的主要原因是为了使我们能够更高效,更好地控制内存使用:

1. 分配任何物理内存,RAM(连续或不连续),并使其可以在虚拟地址空间中的任何位置(连续或不连续)访问,而不会浪费内存碎片.
2. 使用磁盘或其他内存扩展物理内存,RAM.
3. 使地址空间的某些部分仅可读或不可执行或仅内核等,并保护它们免受未经授权或错误的访问.
4. 将应用程序的内存彼此隔离,以进一步提高保护,安全性和可靠性.
5. 分享记忆....

页表使这一切成为可能.

您确实希望能够在内核的虚拟地址空间中映射和取消映射物理内存,并且通常此转换机制可在整个系统中运行.当然,翻译是有代价的,因为您现在需要查阅和维护页面表,这会导致性能损失.但一切都没有丢失:

1. TLB在一定程度上缓解了这个问题.他们缓存翻译.
2. 较大的页面(例如ARMv7-A's large pages和' sections)可以提供更多帮助,因为每个翻译后的内存需要更少的TLB条目.
3. 还有类似的东西global pages.当您在应用程序之间切换并需要刷新当前TLB时,可以通过执行Invalidate TLB entries by ASID match应用程序来避免TLB中的全局页面无效ASID.如果将内核的页面标记为全局,则不会使其转换无效,并且内核本身不会受到不必要的TLB失效的影响.

例如,有关ARM Virtual Memory System Architecture(VMSA),页表,TLB等的特定详细信息,请参阅"ARM®体系结构参考手册ARM®v7-A和ARM®v7-R版本" .

Answer 2

Linux内核使用两种类型的虚拟地址:

1. 您在"内核内存(虚拟)直接对应物理内存(仅与0xC000_0000进行偏移将为我们提供物理地址)"行中提到的内容.这映射到连续的物理地址.
2. 使用vmalloc.

第一个是使用MACRO完成的:

include/asm-x86/page_32.h

#define __pa(x) ((unsigned long)(x)-PAGE_OFFSET)
#define __va(x) ((void *)((unsigned long)(x)+PAGE_OFFSET))

_pa(x)执行虚拟到物理转换.请注意,此转换在编译时内联.没有页表转换.这最后一句非常重要.

另一方面,使用第二种方法可以分配在虚拟内存中连续的内存,但在物理内存中可能不是这样.现在,在这种情况下,第一次访问虚拟地址时需要完整页表转换.问题是这是谁做的？

对于CISC机器(如x86),MMU(硬件)在TLB未命中(首次访问虚拟地址)的情况下执行此操作并更新页表.对于内核虚拟地址(通过vmalloc获取),它们保留为TLB条目.他们被称为全球条目,当一个进程上下文切换发生时,他们大多是被忽略,而不是像冲洗过程地址空间条目的其余部分.但是,当您执行vfree以释放关联的虚拟内存时,将删除这些条目.

对于RISC机器(如MIPS),页面转换由软件处理.TLB未命中后,硬件引发异常.陷阱句柄在内核模式下运行以执行转换并使用特殊指令更新TLB.从陷阱处理程序返回后,运行相同的代码行并发生TLB命中.

请参阅:http://pages.cs.wisc.edu/~remzi/OSFEP/vm-tlbs.pdf

底线是并非所有内核地址都按照您描述的方式进行映射.对于您的情况,物理地址是在编译时自行生成的.那么,为什么要添加TLB条目.对于来自vmalloc的地址,存在TLB条目.当进程之间发生上下文切换时,不需要刷新整个TLB,并且可以保留内核的vmalloc创建的全局条目.使用vfree时,将刷新相应的全局条目.