6.9. Управление памятью в 80386

Логический адрес, задаваемый в инструкции в первую очередь транслируется в линейный адрес посредством аппаратных средств сегментации. Этот линейный адрес затем транслируется в физический адрес модулем страничной организации (paging unit).

6.9.1. Страничная организация (paging) в 386

Существует два уровня косвенной адресации при трансляции адреса в модуле страничной организации. Директория страниц содержит указатели на 1024 таблицы страниц. Каждая таблица страниц содержит указатели на 1024 страницы. Регистр CR3 содержит физический базовый адрес директории страницы и загружается как часть TSS в task_struct и поэтому загружается при каждом переключении задачи. 32-х битный линейный адрес разделяется следующим образом:

     31                22  21                12  11                0
            DIR                   TABLE                 OFFSET

Физический адрес затем вычисляется (аппаратно) таким образом:

                CR3+DIR           указатель на table_base
       table_base+TABLE           указатель на page_base
      physical_address=           page_base + OFFSET

Директории страниц (таблицы страниц) это страница, выровненная так, что нижние 12 бит используются для загрузки полезной информации о таблице страниц (страница), указатель на которую задается посредством входа. Формат входов директории страниц и таблицы страниц:

         31              12  11  9  8  7  6  5  4  3   2    1   0
              ADDRESS          OS   0  0  D  A  0  0  U/S  R/W  P

D - "1" означает, что страница грязная (неопределенно для входа директории страниц).
R/W - "0" означает для пользователя "только для чтения".
U/S - "1" означает страницу пользователя.
P - "1" означает, что страница находится в памяти.
А - "1" означает, что к странице был доступ (устанавливается в 0 при старении).
OS - биты могут использоваться для LRU и т.п. и определяются OS.

Соответствующие определения для Linux находятся в.

Когда страница замещается, используются биты 1-31 входа таблицы страниц, чтобы отметить, куда при замещении помещается страница (бит "0" должен иметь значение 0).

Страничная организация (paging) делается доступной путем установки старшего бита в CR0 [в head.S?]. В каждой фазе трансляции адреса проверяются разрешения доступа, страницы не присутствуют в памяти и нарушение защиты приводит к их отсутствию. Затем программа контроля корректности использования страниц (в memory.c) или вносит новую страницу, или снимает защиту страницы, или делает все необходимое, что должно быть сделано.

Информация о некорректной работе со страницей

• Регистр CR2 содержит линейный адрес, в котором было вызвано нарушение страницы.
• Коды нарушения страницы (16 бит):

         бит                      сброшен               установлен
          0               страница не существует   защита уровня страницы
          1               нарушение при чтении     нарушение при записи
          2               режим супервизора        режим пользователя

Остальные биты не определены. Приведенная информация является выдержкой из sys_call.S

Translation Lookside Buffer (TLB) представляет собой аппаратную кэш-память для физических адресов, которые соответствуют ранее используемым виртуальным адресам. Когда транслируется виртуальный адрес, 386 в первую очередь просматривает TLB, чтобы узнать - является ли доступной необходимая информация. Если нет, то для того, чтобы получить страницу, он должен создать пару ссылок на память для доступа к директории страниц и затем таблице страниц. Три ссылки на физическую память для трансляции адрес а для каждой ссылки на логическую память убили бы систему и, следовательно, TLB.

TLB заполняется, если загружен CR3 или по переключению задач, в результате которого изменяетсяCR0. В Linux она заполняется путем вызова invalidate(), которая как раз и перезагружает CR3.