…… 针对这些话题本文不做深入探讨，可以阅读另一篇为其量身定做的博文《深入Linux内核（内存篇）—TLB》。 1.5 页表多大合适？...set_pgd(pgdp, pgd) 向PGD写入指定的值 set_p4d(p4dp, p4d) 向P4D写入指定的值 分页机制与CPU体系架构强相关，因此分析Linux Kernel分页时还是需要根据体系架构分析...Linux对于上述PGD,PTE等数据的定义位于ARM体系架构目录，如下所示： /* * PMD_SHIFT determines the size of the area a second-level...而Linux有一个三层的页表结构，可以很容易地将其包装成适合两层的页表结构—只使用PGD和PTE。但是，Linux还要求每个页面有一个“PTE”表，而且至少要有一个“dirty”位。...()中会在该页的Linux PTE页面表项标记为“dirty”，为了让硬件注意到权限的更改，必须刷新TLB条目，而ptep_set_access_flags()为我们完成了这项工作。
；如果tlb没有找到，就会通过虚拟地址从页表基地址寄存器保存的页表基地址开始查询多级页表，最终查询到找到相应表项，会将表项缓存到tlb中，然后从表项中获得物理地址。...Linux内核为何使用多级页表？...1）mmu中添加tlb 来缓存最近访问的页表表项，根据程序的时间和空间的局部性原理，tlb能有很高的命中率。...用户进程fork的时候分配私有的pgd页，用于保存pgd表项（仅仅分配了第一级页表）。..., PMD），直接页表（Page Table, PT）,而支持arm64的linux使用4级页表结构分别是 pgd, pud, pmd, pt ，arm64手册中将他们分别叫做L0,L1,L2,L3级转换表
作者简介 韩传华，就职于南京大鱼半导体有限公司，主要从事linux相关系统软件开发工作，负责Soc芯片BringUp及系统软件开发，乐于分享喜欢学习，喜欢专研Linux内核源代码。...本文主要关注进程管理的一个切入点，那就是进程的上下文切换，来理解linux内核是如何进程进程上下文切换的，从而揭开上下文切换的神秘面纱。...（注意：本文以linux-5.0内核源码讲解，采用arm64架构） １．进程上下文的概念 进程上下文是进程执行活动全过程的静态描述。...实际上linux内核中，进程上下文包括进程的虚拟地址空间和硬件上下文。...至关重要，地址空间切换中最重要的是pgd的设置。
1、PGD: Page Global Directory Linux系统中每个进程对应用户空间的pgd是不一样的，但是linux内核 的pgd是一样的。...--> copy_mm() --> mm_init() --> pgd_alloc() --> set_pgd_fast() --> get_pgd_slow() --> memcpy(&PGD + USER_PTRS_PER_PGD..., swapper_pg_dir +USER_PTRS_PER_PGD, (PTRS_PER_PGD - USER_PTRS_PER_PGD) * sizeof(pgd_t)) 这样一来，每个进程的页面目录就分成了两部分...可以看出Linux系统中每个进程的页面目录的第二部分是相同的，所以从进程的角度来看，每个进程有4G字节的虚拟空间，较低的3G字节是自己的用户空间，最高的1G字节则为与所有进程以及内核共享的系统空间。...每个进程有它自己的PGD( Page Global Directory)，它是一个物理页，并包含一个pgd_t数组。
1开场白 环境： 处理器架构：arm64 内核源码：linux-5.10.50 ubuntu版本：20.04.1 代码阅读工具：vim+ctags+cscope 本文讲解Linux内核虚拟内存管理中的mmu_gather...(vma)) { hugetlb_free_pgd_range...的实现： free_pgd_range ->free_p4d_range ->free_pud_range ->free_pmd_range -...页表的积聚结构中 -> pgd_clear(pgd); //清除pgd页目录中的对应的pgd表项 p4d_free_tlb(tlb, p4d, start); //p4d页目录的物理页放入..., end); //刷mm的tlb，释放所有积聚物理页，释放所有积聚结构相关物理页 4.总结 Linux内核mmu-gather用于积聚解除映射的相关物理页面，并保证了刷tlb和释放物理页面的顺序。
分别是PGD、PUD、PMD、PTE四级页表。在硬件上会有一个叫做页表基地址寄存器，它存储PGD页表的首地址。...MMU就是根据页表基地址寄存器从PGD页表一路查到PTE，最终找到物理地址(PTE页表中存储物理地址)。...如果我们能够区分不同的进程的TLB表项就可以避免flush TLB。 我们知道Linux如何区分不同的进程？每个进程拥有一个独一无二的进程ID。...Linux kernel为了管理每个进程会有个task_struct结构体，我们可以把分配给当前进程的ASID存储在这里。页表基地址寄存器有空闲位也可以用来存储ASID。...当查找TLB时，硬件可以对比tag以及ASID是否相等(对比页表基地址寄存器存储的ASID和TLB表项存储的ASID)。如果都相等，代表TLB hit。否则TLB miss。
页表的一些术语 现在Linux内核中支持四级页表的映射，我们先看下内核中关于页表的一些术语： 全局目录项，PGD（Page Global Directory） 上级目录项，PUD（Page Upper...Linux内核关于页表的函数 Linux内核中页表操作的宏定义 Linux内核中封装了很多宏来处理页表 #define pgd_offset_k(addr) pgd_offset(&init_mm,addr...函数更新内存管理单元（MMU）的转换查找缓冲（TLB）并且跳unlock。...ARM32页表和Linux页表那些奇葩的地方 ARM32硬件页表中PGD页目录项PGD是从20位开始的，但是为何头文件定义是从21位开始？...因此ARM在移植到Linux时只能参考x86版本的Linux内核的实现。 X86的PGD是从bit22 ~ bit31，总共10bit位，1024页表项。
在解释地址转换的本质前我们先理解下几个概念： TLB：MMU工作的过程就是查询页表的过程。如果把页表放在内存中查询的时候开销太大，因此为了提高查找效率，专门用一小片访问更快的区域存放地址转换条目。...（当页表内容有变化的时候，需要清除TLB，以防止地址映射出错。）...我们知道linux采用了分页机制，通常采用四级页表，页全局目录(PGD)，页上级目录(PUD)，页中间目录(PMD)，页表(PTE)。如下： ?...#include #include #include #include ...下一篇我们正式进入内存管理的大门——linux内存管理。
种类 TLB在X86体系的CPU里的实际应用最早是从Intel的486CPU开始的，在X86体系的CPU里边，一般都设有如下4组TLB: 第一组：缓存一般页表（4K字节页面）的指令页表缓存（Instruction-TLB...图中可见，当CPU执行机构收到应用程序发来的虚拟地址后，首先到TLB中查找相应的页表数据，如果TLB中正好存放着所需的页表，则称为TLB命中（TLB Hit）,接下来CPU再依次看TLB中页表所对应的物理内存地址中的数据是不是已经在一级...如果TLB中没有所需的页表，则称为TLB失败（TLB Miss），接下来就必须访问物理内存中存放的页表，同时更新TLB的页表数据。...TLB的联合方式： TLB内部存储空间被划分为大小相同的块（即TLB页表条目），这些块的大小=内存的页表区里页表条目的大小. 所以，就可以在TLB页表条目和内存页表条目间建立一定的相互对应关系。...当CPU需要页表数据时，它必须迅速做出如下的2个判断：一个是所需要的页表是否已缓存在TLB内部（即判断TLB命中或是失败），另一个是所需要的页表在TLB内的哪个条目内。
下面介绍下与系统性能相关的io和hugepage，cgroup的io介绍参考Cgroup - Linux的IO资源隔离 linux IO linux io涉及到对文件(磁盘设备)的读写性能，对io的优化主要分为...，如果采用4K的分页大小，每个PGD含1024个目录，每个目录含1024个PT，每个PT可寻址4K物理内存，总计4G。...从上述可以看出，当进程需要访问实际物理内存时需要经过多级页才行，为了增加地址访问效率，linux使用了一种页缓存，TLB(translation lookaside buffer)。...当需要访问物理地址时会首先从TLB中寻找，若找到则称为TLB hit，否则称为TLB miss。...TLB 是一种页表的高速缓存，让那些在表中列出的页可以更快地进行虚拟地址到物理地址的转换。
Linux在v2.6.11以后，最终采用的方案是4级页表，分别是： PGD：page Global directory(47-39), 页全局目录 PUD：Page Upper Directory(38...Linux就是通过这种方式支持起(248 =)256T的进程地址空间的。 3 页表副作用引出TLB 上面终于费劲扒了半天Linux虚拟内存的实现，我终于可以开始说我想说的重点了。...我本来想实际看一下TLB的信息，但翻遍了Linux的各种命令，也没有找到像sysfs这么方便查看L1、L2、L3大小的方法。仅仅提供下图供大家参考吧！...建议你先用上面的perf工具查看一下你的程序的TLB的miss情况，如果确实不命中率很高，那么Linux允许你使用大内存页，很多大牛包括PHP7作者鸟哥也这样建议。...这样将会大大减少页表项的数量，所以自然也会降低TLB cache miss率。所要承担的代价就是会造成一定程度的内存浪费。在Linux里，大内存页默认是不开启的。
1）访问用户空间虚拟地址 当第一次访问一个虚拟地址的时候，则mmu会在tlb中查找对应的表项，显然查找不到，则这个时候就需要遍历多级页表，那么这个时候就需要有一个base地址开始遍历，判断地址属于用户空间地址...），最终将叶子表项（即是最后一级页表表项）填充到tlb中，并返回物理地址。...第二次再访问的时候，就直接可以在tlb中找到，不需要遍历多级页表。...2）访问内核空间虚拟地址 访问内核空间虚拟地址，也会首先从tlb中查找对应的表项，找不到就会从ttbr1_el1开始遍历各级页表，然后最终将叶子表项（即是最后一级页表表项）填充到tlb中，并返回物理地址...可以看到每一次做va->pa的地址翻译的时候首先在tlb中查找，上面忘记说了一点，那就是对于用户空间虚拟地址tlb的查找需要根据va和ASID共同查找（内核空间虚拟地址所有进程共享不需要ASID）， tlb
for the kernel identity mapping. 33: * 34: * This two pass mechanism conforms to the TLB...= pgd_index((pfn<<PAGE_SHIFT) + PAGE_OFFSET); 49: pgd = pgd_base + pgd_idx; 50: for (; pgd_idx...update_page_count(PG_LEVEL_4K, pages_4k); 128: 129: /* 130: * local global flush tlb..., which will flush the previous 131: * mappings present in both small and large page TLB's....132: */ 133: __flush_tlb_all(); 134: 135: /* 136: * Second
* * TLB entries of such buffers will not be flushed across * task switches. */ enum fixed_addresses...= pgd_index(vaddr); pmd_idx = pmd_index(vaddr); pgd = pgd_base + pgd_idx; for ( ; (pgd_idx...= pte_offset_kernel(pmd, 0)); __flush_tlb_all(); paravirt_release_pte(__pa(pte) >>...()刷新TLB缓存；如果不是该区间，则仅是由入参中调用的one_page_table_init()被分配到了页表空间。...TLB，由此启用新的内存分页映射。
内核中 , 使用 " 内存描述符 " mm_struct 结构体 代表 " 用户虚拟地址内存空间 " , mm_struct 结构体 在 Linux 源码 linux-4.12\include\linux...task_size; /* size of task vm space */ unsigned long highest_vm_end; /* highest vma end address */ pgd_t...* pgd; /** * @mm_users: The number of users including userspace...#if defined(CONFIG_NUMA_BALANCING) || defined(CONFIG_COMPACTION) /* * An operation with batched TLB...Anything that * can move process memory needs to flush the TLB when moving a * PROT_NONE or PROT_NUMA
TTBRx寄存器保存了第0级页表的基地址（L0 Table base address, Linux内核中称为PGD）, L0页表中有512个表项（Table Descriptor），以虚拟地址的bit[...每个表项的内容含有下一级页表的基地址，即L1页表（Linux内核中称为PUD）的基地址。...PUD页表中有512个表项，以虚拟地址的bit[38:30]为索引值在PUD表中查找相应的表项，每个表项的内容含有下一级页表的基地址，即L2页表（Linux内核中称为PMD）的基地址。...PMD页表中有512个表项，以虚拟地址的bit[29:21]为索引值在PMD表中查找相应的表项，每个表项的内容含有下一级页表的基地址，即L3页表（Linux内核中称为PTE）的基地址。...split_pmd(pmd, pte); __pmd_populate(pmd, __pa(pte), PMD_TYPE_TABLE); flush_tlb_all
在介绍 HugePages 之前，我们先来回顾一下 Linux 下 虚拟内存 与 物理内存 之间的关系。...一、内存映射 我们来看看在 64 位的 Linux 系统中（英特尔 x64 CPU），虚拟内存地址转换成物理内存地址的过程，如图2： 从图2可以看出，Linux 只使用了 64 位虚拟内存地址的前 48...位（0 ~ 47位），并且 Linux 把这 48 位虚拟内存地址分为 5 个部分，如下： PGD索引：39 ~ 47 位（共9个位），指定在 页全局目录（PGD，Page Global Directory...Tips：TLB 是一块高速缓存，TLB 缓存虚拟内存地址与其映射的物理内存地址。MMU 首先从 TLB 查找内存映射的关系，如果找到就不用回溯查找页表。...因为映射的内存页越大，所需要的 页表 就越小（很容易理解）；页表 越小，TLB 失效的情况就越少。
在介绍 HugePages 之前，我们先来回顾一下 Linux 下 虚拟内存 与 物理内存 之间的关系。...从图2可以看出，Linux 只使用了 64 位虚拟内存地址的前 48 位（0 ~ 47位），并且 Linux 把这 48 位虚拟内存地址分为 5 个部分，如下： PGD索引：39 ~ 47 位（共9个位...），指定在 页全局目录（PGD，Page Global Directory）中的索引。...Tips：TLB 是一块高速缓存，TLB 缓存虚拟内存地址与其映射的物理内存地址。MMU 首先从 TLB 查找内存映射的关系，如果找到就不用回溯查找页表。...因为映射的内存页越大，所需要的 页表 就越小（很容易理解）；页表 越小，TLB 失效的情况就越少。
TLB是一种特殊的缓存，它存储了最近使用的页表项。在地址翻译时，如果能够在TLB中找到对应的页表项，就可以直接进行地址翻译，而不需要访问主存中的页表。这样可以显著减少地址翻译的开销，提高系统性能。...系统使用虚拟页号来查找快表（TLB），以确定是否存在对应的物理页号（PPN）。快表查询（TLB查找）：如果快表中存在与虚拟页号匹配的条目（TLB命中），则直接使用该条目中的物理页号。...快表未命中：如果快表中没有找到对应的条目（TLB未命中），则需要访问内存中的页表。系统根据虚拟页号在页表中找到对应的物理页号，并将其加载到快表中（如果快表有空间）。...TLB的全相联映射 TLB通常采用全相联映射方式，这意味着TLB中的每个条目都可以映射到任何一个虚拟页号。每个TLB条目包含页表项的内容、一个或多个标志位（如有效位、脏位等），以及一个TLB标记字段。...TLB标记用于指示该条目对应的虚拟页号。
页面根据 offset 定位到 PGD 页表项 pgd_t 使用 pgd_t 定位到具体的 PUD 页面 取虚拟地址的 30 ~ 38 位作为 offset，在对应的 PUD 页面根据 offset...TLB 负责缓存虚拟内存与实际物理内存的映射关系，一般 TLB 容量很小。每次访问虚拟内存，先查看 TLB 中是否有缓存，如果没有才会去页表查询。...这样前面从第 1 到第 7 步就可以被替换成访问 TLB 了： 取虚拟地址的 12 ~ 47 位作为 key，访问 TLB，定位到具体的用户数据物理内存页面。...TLB 一般很小，我们来看几个 CPU 中的 TLB 大小，以下图片来自于 https://www.bilibili.com/video/BV1Xx4y1j7Hu/?...TLB 整体可以容纳个数不多；2. 页大小越大，TLB 能容纳的个数越少。
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