Linux内核源码学习之 内核页表打印

本学期Linux内核实验最后是打印内核页表，线性地址----物理地址

我看到这个实验题目的时候想到的就是这个init函数（因为这部分当时就是我讲的^_^）,这个函数是初始化linux内核页表的，也就是将32位系统中3G以上的896M线性地址映射到物理地址的0-896M，在其调用者paging_init函数中还处理了其他的情况，比如固定映射之类的。那属于高端内存映射那一块的内容，目前我们先看一下如何将内核页表3G~3G+896M的线性地址对应的物理地址打印出来。

一下的源码是linux2.6.11版本的，应该是和白皮书上的是对应的版本

static void __initkernel_physical_mapping_init(pgd_t *pgd_base)

{

         unsignedlong pfn;

         pgd_t*pgd;

         pmd_t*pmd;

         pte_t*pte;

         intpgd_idx, pmd_idx, pte_ofs;

         /*因为内核的线性地址空间是从0xC0000000开始的，所以这里我们只需要初始化内核全局页目录从0x300开始的项*/

         pgd_idx= pgd_index(PAGE_OFFSET);      /*768*/

         pgd= pgd_base + pgd_idx;                         /*pgd指向当前的目录项 */

         pfn= 0;                                                             /*需要被映射的物理页框号，从物理地址0开始 */

         /*初始化从768开始的每个页全局目录项，PTRS_PER_PGD为总项数1024 */

         for(; pgd_idx < PTRS_PER_PGD; pgd++, pgd_idx++) {

                   pmd= one_md_table_init(pgd);

                   if(pfn >= max_low_pfn)                     /*max_low_pfn代表被内核直接映射的最后一个物理页框的页框号*/

                            continue;

                   /*初始化每个页中间目录项，前面说到启用了物理地址扩展的32位x86系统中，使用三级映射，

                   而没有启用物理地址扩展的32位系统，其实只使用了其中的两级，虽然在软件结构中PMD依然存在，

                   但实际只是一个摆设。内核通过将PTRS_PER_PMD设为1，并且在one_md_table_init初始化PMD的函数中

                   直接将PMD的第一项初始化为指向其地址的PGD项本身，完成了一个"原地"的映射。也就是说，

                   此时的每一个页目录项，既表示一个页中间目录描述符，也表示一个页表 */

                   for(pmd_idx = 0; pmd_idx < PTRS_PER_PMD && pfn < max_low_pfn; pmd++,pmd_idx++) {

                            unsignedint address = pfn * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET;

                            /*Map with big pages if possible, otherwise create normal page tables. */

                            if(cpu_has_pse) {

                                     unsignedint address2 = (pfn + PTRS_PER_PTE - 1) * PAGE_SIZE + PAGE_OFFSET +PAGE_SIZE-1;

                                     if(is_kernel_text(address) || is_kernel_text(address2))

                                               set_pmd(pmd,pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE_EXEC));

                                     else

                                               set_pmd(pmd,pfn_pmd(pfn, PAGE_KERNEL_LARGE));

                                     pfn+= PTRS_PER_PTE;

                            }else {

                                     pte= one_page_table_init(pmd);

                                     /*最后初始化每个页表项，也就是每个物理页框的描述符。注意pfn++表示页框号依次加1，

                                     而其初始值为0，也就是把物理地址从0开始的页框，直接映射到内核线性地址0xC0000000开始的空间内

                                     ，映射的方式与临时内核页表相似，只不过范围更大了 */

                                     for(pte_ofs = 0;

                                          pte_ofs < PTRS_PER_PTE && pfn< max_low_pfn;

                                          pte++, pfn++, pte_ofs++, address +=PAGE_SIZE) {

                                               if(is_kernel_text(address))

                                                        set_pte(pte,pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL_EXEC));

                                               else

                                                        set_pte(pte,pfn_pte(pfn, PAGE_KERNEL));

                                     }

                            }

                   }

         }

}

注：上面的注释是针对没有开启PAE模式的，如果开启PAE，就是 4----512----512----也就是上面的768变为3，PTRS_PER_PGD为512 PTRS_PER_PMD为1,PTRS_PER_PTE为512

看完这个函数，我们来想一下怎么打印内核页表，我的系统是默认开启PAE的，也就是内存中是2M的页和4KB的页并存的，页目录和页表的组织形式是：

Cr3--àPDPT--àpmd [--àpte]-àpage 中间的pte之所以要加方括号，表示的是这一级不一定有，即如果对应的是2M的页，那么这个pmd中存放的就是2M页的物理地址和标志位，此时page的大小是2M；如果有这一级，那么对应的页是4KB的。这个从数量上很好理解，pmd一个表项对应的是2M的线性地址空间，如果页的大小是2M那么pmd相当于是页表，如果页的大小是4KB，那么有512项，正好需要借助再加上一级的pte（512）项来表示，这也就是上面函数对应的在pmd下判断是否有2M页的结构。

所以打印函数可以写成这样了：

for (; pgd_idx < PTRS_PER_PGD;pgd_idx++) {

       unsignedlong pgd_cur = pgd_idx * PGDIR_SIZE;

       pmd= pmd_offset((pud_t *)(pgd_base + pgd_idx), pgd_cur);

       for(pmd_idx = 0; pmd_idx < 448/*PTRS_PER_PMD*/; pmd_idx++) {

             unsignedlong pmd_cur = pgd_cur + pmd_idx * PMD_SIZE;

             if(pmd_present(pmd[pmd_idx])){

                    pte= pte_offset_kernel((pmd_t *)(pmd + pmd_idx), pmd_cur);

                    pte1= pmd_val(*((pmd_t *)(pmd + pmd_idx)));

                    if((((unsignedlong)pte1)>>7)&0x1)

                    {

                         //打印2M页

                    }

                    else

                    {

                         for(pte_ofs = 0; pte_ofs < PTRS_PER_PTE; pte_ofs++) {

                               unsignedlong pg_cur = pmd_cur + pte_ofs * PAGE_SIZE;

                               if(pte_present(pte[pte_ofs]))

                               {

                                    //打印4kb页

                               }

                         }

                    }

             }       

      }       

}

因为打印的内容很多，用seq文件实现比较方便。