ARM Linux 如何模拟X86 PTE中的Present Young和Dirty标志位

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注:本文是参考Kernel的代码并加上个人揣测,欢迎指正
X86 MMU Page table entry中,有三个标志位在ARM 的MMU硬件所规定的Page table entry中不提供。这三个标志位的作用如下:
  • PTE_DIRTY的作用:CPU在写操作的时候,处理器会将改位置位。说明对应的页被写过,是脏的。
  • PTE_YOUNG的作用是:MMU 寻址是将该标志置位(在换出的时候,如果此标志位被置位,说明该地址刚刚被使用过,暂时不换出此pte对应的页,同时清除该标志位)。
  • PTE_PRESENT的作用是:MMU在访问PTE的时候,若PTE_PRESENT0,则将地址放在CR2寄存器中,同时触发Pagefault异常。

下图抓自:《Linux内核情景分析》

由于Linux最早是buildX86平台上的,因此移植到ARM后,也需要遵从X86的内存管理框架,模拟ARM MMU没有提供的PTE_PRESENT PTE_YOUNG PTE_WRITE

下面的分析,参考了arch/arm/include/asm/pgtable-2level.h中的注释

Q:如何模拟PTE_DIRTY ?

A:
ARM Linux是通过dirty去标识某个页是否是可以PTE_WRITE的。
对于新分配的页,如果Linux版本的PTE没有dirty标识,对其进行写操作,会触发MMU异常。该异常会被handle_pte_fault处理

Q:如何模拟PTE_YOUNG?

A:这个PTE_YOUNG在内存被分配的时候置上,当解除映射的时候,将清掉该位。如果Linux版本的PTEyoung位被清除了,MMU使用的PTE版本的value是要清除的,但TLB并不刷新。

Q:如何模拟present

A:
ARM的MMU在访问的时候,不像X86MMU那样(只要看到*pte0,就判断该页压根没有被加载到内存中;若*pte不为0PTE_PRESENT位为0,就能判断该被swap out),那么ARM MMU是如何判断某页是swap out了,还是压根就没有被加载到memory中呢?在ARM Linux中,若换出某页,会置位Linux版本中的PTE_YOUNG,清掉Linux版本中的PTE_PRESENT(在ARM Linux中,每一个页表项是有两份的)。如果被换出,那么Linux Version中的值非0,而Hardware 值被置为0
arch/arm/mm/proc-v7-2level.S
103         tst     r1, #L_PTE_YOUNG
104         tstne   r1, #L_PTE_PRESENT
105         moveq   r3, #0

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