关于虚拟内存中页目录与页表在物理内存中加载的问题

Question

Linux页目录在加载进入内存的时候室加载在固定的物理内存0地址开始处，还是可以根据CR3加载在任意的物理内存中，而不是必须加载在内核区或用户区，页目录项存储的是页表的物理地址的页号是不是？
每个页表在内存中的位置是不是 不是连续的，每个页表是不是在物理内存的用户区,如果是内核的页表应该放在内核区的物理内存页中还是也是随机分配？

Answer 1

我对Linux操作系统的具体情况不是很熟，回答仅供参考。

首先，物理内存无所谓内核区用户区，所有地址都一样。虚拟的地址空间才分内核区用户区。
处理器通过查看页目录和页表，把虚拟地址换算成物理地址。用户区与内核区的两个不同的虚拟地址对应同一个物理地址也不要紧。
内核区与用户区的真正区别在于普通进程能不能访问该区域中的地址。
在正常情况下，操作系统肯定会把页目录和页表保护起来，可以把它们看作存放在内核区的东西。

编写操作系统时，页目录确实可以放在物理内存中的任何地方(当然偏移必须是1000h的倍数)，只要把偏移量填进CR3的高20位就可以了。
Linux内核的页目录放在物理地址0h处，页表紧随其后。0.11版Linux中，所有用户进程和内核用的都是这张页目录。切换进程时，改改页目录项就行了。新版的Linux内核我不太了解，抱歉……
每个页目录项有4字节，高20位储存页表的物理地址，低12位储存页表的属性。

一张页表4KB，这4KB必须是连续的。但是各张页表之间不必连续。Linux创建新进程时，仅仅调用了get_free_page找到一页空内存，把进程页表塞进去而已。
页表不能被普通进程直接访问。访问用户区虚拟地址是看不到进程页表的。
内核的页表前面提到过。它就在内核页目录的后面，物理地址为1000h，虚拟地址为C0001000h。访问用户区的虚拟地址不会看到它。

个人不大擅长表述，恐怕解释得不是很清楚。欢迎追问。

追问

请问下，进程在虚拟内中会被分成代码，数据等等段么？如果有，我们怎么确认这个进程的各个段？是不是每个段都应该有整数个页面？各个段必须都是相连的么？

追答

1.不确切的说(请看下文)，早期的Linux会把进程分代码段和数据段。好像从2.4版开始，Linux实际上已经不用分段机制。所有的段基址全为0，长度全为4G。进程间的隔离完全用分页机制实现。
2.如果你用分了段的早期Linux，需要找当前进程的各段信息的话，请去找LDTR寄存器中的LDT表描述符。LDT表中第二项是代码段描述符，第三项是数据段描述符。
当然，前提是你有调试操作系统的调试器。
3.不用。但是Linux给各段分内存时都是整页整页分的。多出的内存会被浪费……
4.前提仍然是你用分了段的早期Linux。
理论上，各个段没有相连的必要。
事实上，你看Linux 0.11内核的代码时，会发现数据段和代码段基址是相同的！代码段和数据段大多数地址是共用的。

顺便更正一个错误，不知道从哪一版的Linux开始，各进程有了各自的页目录。我没查到是哪个版本，抱歉。

追问

谢谢