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深入理解Linux内核页表映射分页机制原理

…… 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。

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    深入理解Linux内核进程上下文切换

    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。

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    Linux:页表中PGD、PUD、PMD等概念介绍

    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。

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    面试官:不同进程对应相同的虚拟地址,在 TLB 是如何区分的?

    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。

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    【内存管理】页表映射基础知识

    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。

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    什么是TLB?

    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。

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    cgroup其他部分 IO + hugepage

    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。

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    TLB缓存是个神马鬼,如何查看TLB miss?

    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。

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    通过fork来剖析Linux内核的内存管理和进程管理(上)

    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

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    1.ARMv8-A架构

    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

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    一文读懂 HugePages(大内存页)的原理

    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。

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    快表(TLB)解读

    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。

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    全网最硬核 JVM 内存解析 - 2.JVM 内存申请与使用流程

    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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