2007/0910-2007/0914工作周记

来源：互联网发布：php 7.0.12 安装posix 编辑：程序博客网时间：2024/05/18 03:07

经过上个星期的试验，我们觉得有必要关注Leon3的MMU。

硬件背景:

由于Leon3是Sparc架构，所以我查看了Sparc V8手册。Sparc的MMU大体结构是将32位虚拟地址分为4个段。(这里贴图不能直接贴，好麻烦!)

第一，二层为PTD:PTP为下一级页表的物理地址

PTD:(Page Table Descriptor)

|_________PTP_______________|__ET_|

31 2 1 0

第三层为PTE:PPN为36位物理地址的高24位(Leon3的PPN为20位)

PTE:(Page Table Entry )

|_________PPN___________|_________|

31 8 7 0

最后的当然就是偏移地址了。

具体的寻址过程和x86几乎一样，不过x86的cr3就变为一个特定的上下文寄存器，这个寄存器标识当前进程。

具体过程:

上下文寄存器从上下文表中获得当前进程的标识Root Pointer，Root Pointer指向当前进程的全局页表的物理地址PA，然后从PTD获得偏移量PTP。PA+PTP就是第二层页表的物理地址，以此类推，直到第三层。从指向的PTE中获得PPN也就是物理地址的前20位，然后再加上OFFSET的12位，最后得到相应的物理地址。

看看头文件的定义是否和手册说的一样。

../include/asm-sparc/pgtsrmmu.h

/* Number of contexts is implementation-dependent; 64k is the most we support */

#define SRMMU_MAX_CONTEXTS 65536

/* PMD_SHIFT determines the size of the area a second-level page table entry can map */

#define SRMMU_REAL_PMD_SHIFT 18

#define SRMMU_REAL_PMD_SIZE (1UL << SRMMU_REAL_PMD_SHIFT)

#define SRMMU_REAL_PMD_MASK (~(SRMMU_REAL_PMD_SIZE-1))

#define SRMMU_REAL_PMD_ALIGN(__addr) (((__addr)+SRMMU_REAL_PMD_SIZE-1)&SRMMU_REAL_PMD_MASK)

/* PGDIR_SHIFT determines what a third-level page table entry can map */

#define SRMMU_PGDIR_SHIFT 24

#define SRMMU_PGDIR_SIZE (1UL << SRMMU_PGDIR_SHIFT)

#define SRMMU_PGDIR_MASK (~(SRMMU_PGDIR_SIZE-1))

#define SRMMU_PGDIR_ALIGN(addr) (((addr)+SRMMU_PGDIR_SIZE-1)&SRMMU_PGDIR_MASK)

#define SRMMU_REAL_PTRS_PER_PTE 64

#define SRMMU_REAL_PTRS_PER_PMD 64

#define SRMMU_PTRS_PER_PGD 256

单从上面的定义，可以看出定义和手册说明是一样的。但是现实往往要想象的残酷，在头文件中作者(David Miller)提到了一个问题。原文是：

* To support pagetables in highmem, Linux introduces APIs which

* return struct page* and generally manipulate page tables when

* they are not mapped into kernel space. Our hardware page tables

* are smaller than pages. We lump hardware tabes into big,

* page sized software tables.

* PMD_SHIFT determines the size of the area a second-level page

* table entry can map, and our pmd_t is 16 times larger than

* normal. The values which were once defined here are now

* generic for 4c and srmmu, so they're found in pgtable.h.

大概的意思就是为了映射到高位内存，内存的页表大小必须作出调整。但是很遗憾他没有继续说明如何调整，我也找不到其他的文档说明。这也直接导致了没办法看懂源代码的一些页表操作。

后来也发现了另外一个问题，Linux从2.6.11开始，页表映射统一形式为四层：

pgd->pud->pmd->ptd。这真的让我很诧异，因为从头文件的定义怎样都看不出是分四层，而我们的内核是2.6.21.1。这是否说明这个内核Sparc部分处理MMU是有一定问题的?那么多问题，看来也只能是阅读源代码来解决了。

以我目前的水平，读内核源代码带来的痛苦远远比快乐要多。错综复杂的宏定义、言简意赅的内嵌汇编、微妙而陌生的Sparc架构都让我沮丧不已，放弃的念头曾经象春天的野草一样在我大脑疯长。不过老子说得好：合抱之木，生于毫末；九层之台，起于累土；千里之行，始于足下。唉，以此自勉吧。

我们主要关注的文件是../arch/sparc/srmmu.c。首先要认识一些类型转换宏（特别是：__pte、__pgd 和__pgprot）把一个无符号整数转换成所需的类型。这里值得注意的是__pmd被注释了。

../include/asm/page.h

typedef struct { unsigned long pte; } pte_t;

typedef struct { unsigned long iopte; } iopte_t;

typedef struct { unsigned long pmdv[16]; } pmd_t;

typedef struct { unsigned long pgd; } pgd_t;

typedef struct { unsigned long ctxd; } ctxd_t;

typedef struct { unsigned long pgprot; } pgprot_t;

typedef struct { unsigned long iopgprot; } iopgprot_t;

#define __pte(x) ((pte_t) { (x) } )

#define __iopte(x) ((iopte_t) { (x) } )

/* #define __pmd(x) ((pmd_t) { (x) } ) */ /* XXX procedure with loop */

#define __pgd(x) ((pgd_t) { (x) } )

#define __ctxd(x) ((ctxd_t) { (x) } )

#define __pgprot(x) ((pgprot_t) { (x) } )

#define __iopgprot(x) ((iopgprot_t) { (x) } )

另外的类型转换宏执行和以上宏相反的转换，即把上面提到的特殊的类型转换成一个无符号整数。

#define pte_val(x) ((x).pte)

#define iopte_val(x) ((x).iopte)

#define pmd_val(x) ((x).pmdv[0])

#define pgd_val(x) ((x).pgd)

#define ctxd_val(x) ((x).ctxd)

#define pgprot_val(x) ((x).pgprot)

#define iopgprot_val(x) ((x).iopgprot)

下面还有很多操作页表的宏和函数。不过这些函数用得并不多，但是理解它们对我们理解Sparc架构很有好处。

../arch/sparc/mm/srmmu.c

向一个pte页表写入指定的值。

static inline void srmmu_set_pte(pte_t *ptep, pte_t pteval)

{

srmmu_swap((unsigned long *)ptep, pte_val(pteval));

}

static inline unsigned long srmmu_swap(unsigned long *addr, unsigned long value)

{

__asm__ __volatile__(

"swap [%2], %0" :

"=&r" (value) :

"0" (value), "r" (addr));

return value;

}

汇编代码的意思也很简单，执行的语句就是Sparc的swap汇编指令，%2就是指addr，%0就是value。语句中的“0”也可以用r互换。

如果pte页表为0，返回1，否则为0。

static inline int srmmu_pte_none(pte_t pte)

{

return !(pte_val(pte) & 0xFFFFFFF);

}

利用标志位，检测页面是否pte页面，是返回1，否则为0。

static inline int srmmu_pte_present(pte_t pte)

{

return ((pte_val(pte) & SRMMU_ET_MASK) == SRMMU_ET_PTE);

}

检测pte页指向的物理页是否有执行和读的权限。

static inline int srmmu_pte_read(pte_t pte)

{

return !(pte_val(pte) & SRMMU_NOREAD);

}

清除相应pte页表的一个表项，由此禁止进程使用由该页表项映射的线性地址。

static inline void srmmu_pte_clear(pte_t *ptep)

{

srmmu_set_pte(ptep, __pte(0));

}

如果pmd表为0，返回1，否则为0。

static inline int srmmu_pmd_none(pmd_t pmd)

{

return !(pmd_val(pmd) & 0xFFFFFFF);

}

利用标志位，检测页面是否pmd页面，是返回0，否则为1(yes is bad)。

static inline int srmmu_pmd_bad(pmd_t pmd)

{

return (pmd_val(pmd) & SRMMU_ET_MASK) != SRMMU_ET_PTD; }

利用标志位，检测页面是否pmd页面，是返回1，否则为0。

static inline int srmmu_pmd_present(pmd_t pmd)

{

return ((pmd_val(pmd) & SRMMU_ET_MASK) == SRMMU_ET_PTD);

}

清除相应pmd页表的一个表项，由此禁止进程使用由该页表项映射的线性地址。只是代码的for循环实现的有点莫名其妙。强制转换为pte_t类型是为了重用srmmu_set_pte 函数。

是static inline void srmmu_pmd_clear(pmd_t *pmdp)

{

int i;

for (i = 0; i < PTRS_PER_PTE/SRMMU_REAL_PTRS_PER_PTE; i++)

srmmu_set_pte((pte_t *)&pmdp->pmdv[i], __pte(0));

}

pgtable.h:

#define PTRS_PER_PTE 1024

#define PTE_SIZE (PTRS_PER_PTE*4)

pgtsrmmu.h:

typedef struct { unsigned long pmdv[16]; } pmd_t;(page.h)

#define SRMMU_REAL_PTRS_PER_PTE 64

#define SRMMU_REAL_PTE_TABLE_SIZE (SRMMU_REAL_PTRS_PER_PTE*4)

如果pgd表为0，返回1，否则为0。

static inline int srmmu_pgd_none(pgd_t pgd)

{

return !(pgd_val(pgd) & 0xFFFFFFF);

}

利用标志位，检测页面是否pgd页面，是返回0，否则为1(yes is bad)。

static inline int srmmu_pgd_bad(pgd_t pgd)

{

return (pgd_val(pgd) & SRMMU_ET_MASK) != SRMMU_ET_PTD; }

利用标志位，检测页面是否pmd页面，是返回1，否则为0。

static inline int srmmu_pgd_present(pgd_t pgd)

{

return ((pgd_val(pgd) & SRMMU_ET_MASK) == SRMMU_ET_PTD);

}

清除相应pgd页表的一个表项，由此禁止进程使用由该页表项映射的线性地址。

static inline void srmmu_pgd_clear(pgd_t * pgdp)

{

srmmu_set_pte((pte_t *)pgdp, __pte(0));

}

page.h:

typedef struct { unsigned long pgd; } pgd_t;

清除pte的读写标志。

static inline pte_t srmmu_pte_wrprotect(pte_t pte)

{

return __pte(pte_val(pte) & ~SRMMU_WRITE);

}

清除pte的dirty位。

static inline pte_t srmmu_pte_mkclean(pte_t pte)

{

return __pte(pte_val(pte) & ~SRMMU_DIRTY);

}

清除pte的Referenced位，意味着把此页标志为未访问。

static inline pte_t srmmu_pte_mkold(pte_t pte)

{

return __pte(pte_val(pte) & ~SRMMU_REF);

}

设置pte的读写位。

static inline pte_t srmmu_pte_mkwrite(pte_t pte)

{

return __pte(pte_val(pte) | SRMMU_WRITE);

}

设置pte的dirty位。

static inline pte_t srmmu_pte_mkdirty(pte_t pte)

{

return __pte(pte_val(pte) | SRMMU_DIRTY);

}

设置pte的Referenced位，意味着把此页标志为访问过。

static inline pte_t srmmu_pte_mkyoung(pte_t pte)

{

return __pte(pte_val(pte) | SRMMU_REF);

}