頁表 Page tables

邏輯位址與實體位址的轉化

頁表是由頁表項（PTE）組成的數組。512個PTE構成一個頁表頁（Page-table page）。

PTE中包含了實體頁碼（PPN physical page number）以及一些标志，來控制實體空間塊的讀寫通路權限。

實體位址與虛拟位址的映射為三層樹形結構，每一層存儲下一層頁表頁的位址，最後一層存儲實體位址的PTE。

(個人了解：計算機中的實體位址被邏輯性了解成了頁面+偏移量，其本質沒發生變化，依舊是某一記憶體單元的編号)

​ 圖 PTE的格式

代碼解析

walk函數用來獲得邏輯位址(va virtual address)的所在實體位址(pa physical address)的PTE (一般都是對整個page做操作，很少有對某個特定位址進行操作，是以是獲得該va所在page的PTE，主要操作包括對其标志位進行處理)

主要展示了邏輯位址是如何轉換成實體位址的，這是分頁機制最核心的一個部分

page和上篇exec提到的segment共同組成計算機中虛拟記憶體機制

// Return the address of the PTE in page table pagetable
// that corresponds to virtual address va.  If alloc!=0,
// create any required page-table pages.
//
// The risc-v Sv39 scheme has three levels of page-table
// pages. A page-table page contains 512 64-bit PTEs.
// A 64-bit virtual address is split into five fields:
//   39..63 -- must be zero.
//   30..38 -- 9 bits of level-2 index.
//   21..29 -- 9 bits of level-1 index.
//   12..20 -- 9 bits of level-0 index.
//    0..11 -- 12 bits of byte offset within the page.

//傳回邏輯位址va所對應的PTE的指針
pte_t *
walk(pagetable_t pagetable, uint64 va, int alloc)
{
  if(va >= MAXVA)
    panic("walk");

  for(int level = 2; level > 0; level--) {
    //PX(level,va) 擷取level對應的PTE 如上圖的L2
    //以L2為例，這裡獲得了L2在第三級頁表頁中位置編号
    //相當于實體位址的偏移量
    pte_t *pte = &pagetable[PX(level, va)];
    // PTE_V valid 表示PTE是否合法
    if(*pte & PTE_V) {
      //PTE2PA 将PTE轉換成實際的實體位址
      //這個實體位址即第二級頁表頁的起始位址
      pagetable = (pagetable_t)PTE2PA(*pte);
    } else {
      //如果PTE_V=0 說明第二級頁表頁還未建立，則建立一個 
      if(!alloc || (pagetable = (pde_t*)kalloc()) == 0)
        return 0;
      //用0填充
      memset(pagetable, 0, PGSIZE);
      //然後将PTE_V置 1
      *pte = PA2PTE(pagetable) | PTE_V;
    }
  }
 
  return &pagetable[PX(0, va)];
}
           

附：

typedef uint64 pte_t;
typedef uint64 *pagetable_t; // 512 PTEs

// extract the three 9-bit page table indices from a virtual address.
#define PXMASK          0x1FF // 9 bits
#define PXSHIFT(level)  (PGSHIFT+(9*(level)))
#define PX(level, va) ((((uint64) (va)) >> PXSHIFT(level)) & PXMASK)

#define PTE_V (1L << 0) // valid
#define PTE_R (1L << 1)
#define PTE_W (1L << 2)
#define PTE_X (1L << 3)
#define PTE_U (1L << 4) // 1 -> user can access

// shift a physical address to the right place for a PTE.
#define PA2PTE(pa) ((((uint64)pa) >> 12) << 10)

#define PTE2PA(pte) (((pte) >> 10) << 12)
           

可執行檔案以節section劃分部分，載入記憶體後，以段segment劃分部分，換了個名字(大概)