linux kernel 内存管理-页表、TLB

页表用来把虚拟页映射到物理页，并且存放页的保护位(即访问权限)。

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在Linux4.11版本以前，Linux内核把页表分为4级：

页全局目录表(PGD)、页上层目录(PUD)、页中间目录(PMD)、直接页表(PT) 。

4.11版本把页表扩展到5级，在页全局目录和页上层目录之间增加了 页四级目录(P4D) 。

各处处理器架构可以选择使用5级，4级，3级或者2级页表，同一种处理器在页长度不同的情况可能选择不同的页表级数。可以使用配置宏CONFIG_PGTABLE_LEVELS配置页表的级数，一般使用默认值。

如果选择4级页表，那么使用PGD，PUD，PMD，PT；如果使用3级页表，那么使用PGD，PMD，PT；如果选择2级页表，那么使用PGD和PT。 如果不使用页中间目录 ，那么内核模拟页中间目录，调用函数pmd_offset 根据页上层目录表项和虚拟地址获取页中间目录表项时 ， 直接把页上层目录表项指针强制转换成页中间目录表项 。

每个进程有独立的页表，进程的mm_struct实例的成员pgd指向页全局目录,前面四级页表的表项存放下一级页表的起始地址，直接页表的页表项存放页帧号(PFN) 。

内核也有一个页表， 0号内核线程的进程描述符init_task的成员active_mm指向内存描述符init_mm，内存描述符init_mm的成员pgd指向内核的页全局目录swapper_pg_dir 。

ARM64处理器把页表称为转换表，最多4级。ARM64处理器支持三种页长度：4KB，16KB，64KB。页长度和虚拟地址的宽度决定了转换表的级数，在虚拟地址的宽度为48位的条件下，页长度和转换表级数的关系如下所示：

ARM64处理器把表项称为描述符，使用64位的长描述符格式。描述符的0bit指示描述符是不是有效的：0表示无效，1表示有效。第1位指定描述符类型。

在块描述符和页描述符中，内存属性被拆分为一个高属性和一个低属性块。

处理器的MMU负责把虚拟地址转换成物理地址，为了改进虚拟地址到物理地址的转换速度，避免每次转换都需要查询内存中的页表，处理器厂商在管理单元里加了称为TLB的高速缓存，TLB直译为转换后备缓冲区，意译为页表缓存。

页表缓存用来缓存最近使用过的页表项， 有些处理器使用两级页表缓存 ： 第一级TLB分为指令TLB和数据TLB，好处是取指令和取数据可以并行；第二级TLB是统一TLB，即指令和数据共用的TLB 。

不同处理器架构的TLB表项的格式不同。ARM64处理器的每条TLB表项不仅包含虚拟地址和物理地址，也包含属性：内存类型、缓存策略、访问权限、地址空间标识符(ASID)和虚拟机标识符(VMID)。 地址空间标识符区分不同进程的页表项 ， 虚拟机标识符区分不同虚拟机的页表项 。

如果内核修改了可能缓存在TLB里面的页表项，那么内核必须负责使旧的TLB表项失效，内核定义了每种处理器架构必须实现的函数。

当TLB没有命中的时候，ARM64处理器的MMU自动遍历内存中的页表，把页表项复制到TLB，不需要软件把页表项写到TLB，所以ARM64架构没有提供写TLB的指令。

为了减少在进程切换时清空页表缓存的需要，ARM64处理器的页表缓存使用非全局位区分内核和进程的页表项(nG位为0表示内核的页表项)， 使用地址空间标识符(ASID)区分不同进程的页表项 。

ARM64处理器的ASID长度是由具体实现定义的，可以选择8位或者16位。寄存器TTBR0_EL1或者TTBR1_EL1都可以用来存放当前进程的ASID，通常使用寄存器TCR_EL1的A1位决定使用哪个寄存器存放当前进程的ASID，通常使用寄存器 TTBR0_EL1 。寄存器TTBR0_EL1的位[63:48]或者[63:56]存放当前进程的ASID，位[47:1]存放当前进程的页全局目录的物理地址。

在SMP系统中，ARM64架构要求ASID在处理器的所有核是唯一的。假设ASID为8位，ASID只有256个值，其中0是保留值，可分配的ASID范围1~255，进程的数量可能超过255，两个进程的ASID可能相同，内核引入ASID版本号解决这个问题。

(1)每个进程有一个64位的软件ASID， 低8位存放硬件ASID，高56位存放ASID版本号 。

(2) 64位全局变量asid_generation的高56位保存全局ASID版本号 。

(3) 当进程被调度时，比较进程的ASID版本号和全局版本号 。如果版本号相同，那么直接使用上次分配的ASID，否则需要给进程重新分配硬件ASID。

存在空闲ASID，那么选择一个分配给进程。不存在空闲ASID时，把全局ASID版本号加1，重新从1开始分配硬件ASID，即硬件ASID从255回绕到1。因为刚分配的硬件ASID可能和某个进程的ASID相同，只是ASID版本号不同，页表缓存可能包含了这个进程的页表项，所以必须把所有处理器的页表缓存清空。

引入ASID版本号的好处是：避免每次进程切换都需要清空页表缓存，只需要在硬件ASID回环时把处理器的页表缓存清空 。

虚拟机里面运行的客户操作系统的虚拟地址转物理地址分两个阶段：

(1) 把虚拟地址转换成中间物理地址，由客户操作系统的内核控制 ，和非虚拟化的转换过程相同。

(2) 把中间物理地址转换成物理地址，由虚拟机监控器控制 ，虚拟机监控器为每个虚拟机维护一个转换表，分配一个虚拟机标识符，寄存器 VTTBR_EL2 存放当前虚拟机的阶段2转换表的物理地址。

每个虚拟机有独立的ASID空间 ，页表缓存使用 虚拟机标识符 区分不同虚拟机的转换表项，避免每次虚拟机切换都要清空页表缓存，在虚拟机标识符回绕时把处理器的页表缓存清空。

linux pgd pte 是什么关系

根据pid获取pcb，根据pcb获取vm，之后就可以了埃 下面是一个样本代码： pcb=find_task_by_pid(pid)； pgd=pgd_offset(pcb-mm,va); pud=pud_offset(pgd,va); pmd=pmd_offset(pud,va); pte=pte_offset_kernel(pmd,va)

linux发行版本有哪几种划分方式

按打包方式划分

基于Dpkg (Debian系)

Debian GNU / Linux是一种强调使用自由软件的发行版。它支持多种硬件平台。Debian及其派生发行版使用deb软件包格式，并使用dpkg及其前端作为包管理器。

• Adamantix：基于Debian，特别关注安全。

• Amber Linux：基于Debian，针对拉脱维亚用户作了一些定制。

• ASLinux Desktop：西班牙语，基于Debian与KDE，针对各种桌面用途，包括家用、办公、教育、游戏、科学、软件开发，最大的卖点在于其丰富的可用性。

• Anthon GNU/Linux: 即安同OS，是直接从源码构建的开源Linux操作系统，但采用Dpkg包管理系统，遵循LGPL授权协议，使用KDE桌面环境，由安同开源操作系统社区社区成员共同开发。

• B2D Linux：基于Debian，希望可以由“做中学”来产生一个小而美的中文Linux包的计划。

• Debian GNU/Linux：由大批社区志愿者收集的包。Debian拥有庞大的软件包可供选择（29000个以上），支持大量的硬件平台(12个计算机系统结构)。以前该包因为安装困难受到责难，但最新的版本具备了简单易用的文本式安装环境。非自由软件不会包含在Debian的主要软件包中。

• Grml：进行系统救援的Live CD。

• Guadalinex：由西班牙的安达卢西亚地方政府推动，基于Debian，针对西班牙语的家庭用户以及学校。

• Knoppix：第一张Debian的自启动运行光盘。包含的软件非常多，启动时会自动进行硬件监测。从4.0起，用DVD作光盘。

o 以下基于Knoppix：

Gnoppix：Knoppix的GNOME版，该包发行周期较长，未来会跟Ubuntu进行集成。

Kanotix：自启动运行光盘，基于Knoppix，也可以安装到硬盘上。有很好的硬件支持，桌面与笔记本电脑的集成也很出色。

Kurumin：针对巴西用户的Knoppix。

• LinEx：由西班牙的埃斯特雷马杜拉地方政府推动的包。

• Loco Linux：基于Debian的阿根廷Linux。

• MEPIS: 基于Debian的桌面和服务器。

• Rays Linux（华镭）：基于Debian，针对亚洲市场，由新华科技（南京）系统软件有限公司开发。

• Skolelinux：在挪威发起，旨在打造适合于学校的轻便包。

• Symphony OS：基于Debian，与众不同地采用Mezzo桌面。

• Ubuntu：对初学者而言最易用的Linux包。由Canonical有限公司赞助，基于Debian，使用自己的软件包库，与Debian的有所不同，旨在开发出更加友好的桌面，已经获取了良好的声誉。

o 以下基于Ubuntu：

Linux Mint：基于Ubuntu的发行版，人气很高，是目前排行榜上第三名的发行版。

Edubuntu：是Ubuntu的教育发行版。

Elementary OS：基于Ubuntu，使用基于GNOME名为Pantheon的桌面环境。

Linux Deepin：基于Ubuntu，使用Gnome 3桌面环境的中文发行版（初期使用的是Xfce）。0.x版基于Debian。

Kubuntu：使用KDE桌面环境的Ubuntu包。

Lubuntu：使用LXDE桌面环境的Ubuntu包。

PUD GNU/Linux：基于Ubuntu的小型Linux，可安装于光盘或256 MB以上的USB U盘。

Ubuntu Kylin：添加了少量中国化定制的 Ubuntu 发行版。

Xubuntu：使用Xfce桌面环境的Ubuntu包。

Ylmf OS: 基于Ubuntu发行版（现已更名为Start OS且基于linux内核独立制作）。

Ubuntu GNOME: 基于Ubuntu是Linux发行版，但使用的是桌面环境是Gnome。

Zorin OS:基于Ubuntu的Linux发行版,目的是尽可能的模拟Windows及操作习惯。

基于RPM (Red Hat系)

Red Hat Linux和SUSE Linux是最早使用RPM格式软件包的发行版，如今RPM格式已广泛运用于众多的发行版。这两种发行版后来都分为商业版本和社区支持版本。Red Hat Linux的社区支持版本现称为Fedora，商业版本则称为Red Hat Enterprise Linux。

• aLinux：原名Peanut Linux，针对家庭用户。

• ALT Linux：东欧版本。

• Ark Linux：强调易学易用。

• ASPLinux：提供俄语等东欧语言的支持。

• Asianux Server：由中国红旗、日本Miracle、韩国Hannsoft三家联合开发，主要市场针对亚洲地区，对中文、日文、韩文的支持比较好。

• Blag Linux：体积小，但功能较多。

• Caixa Mágica：葡萄牙语的Linux。

• cAos Linux：由社区创建的包，功能通用、培植简单。

• CentOS：由社区支持的包，旨在100%地与Red Hat Linux企业版兼容，但不包含Red Hat 的商业软件。

• Cobind：桌面。

• Conectiva：一个巴西包，曾经是United Linux的创建成员，现在该公司已经并入到Mandriva Linux。

• EduLinux：用于教育的包。

• Fedora：可用作工作站、桌面以及服务器，由红帽公司及其社区开发。

• Linux Mobile System：基于Fedora Core的包，设计成从USB存储设备启动，比如U盘。

• Linpus Linux：来自台湾厂商发行的Linux版本。是一套通过LSB 3.1认证、GB18030-2000编码检验测试及支持CNS11643中文标准交换码全字库的Linux桌面型系统。在中文支持能力上较为完善。

• Magic Linux：一个易用的中文包，基于Fedora和KDE桌面环境。

• Mandriva Linux：最初是红帽的一个变种，针对奔腾级CPU作了优化，后来在保持兼容性的同时，派生成为更友好的包。Mandriva中所有的软件仍然免费，还有活跃的社区支持，另外通过注册以及销售盒装产品，Mandriva还提供企业级的支持与服务，还有针对付费用户的俱乐部。

• Novell Linux Desktop：由于Novell收购了SUSE，他们的Linux产品对原来的包有所继承。

• PCLinuxOS：一个易用的自启动运行光盘，以良好的观感著称；硬盘安装也同样轻而易举。最初基于Mandrake 9.2，而后PCLinuxOS针对桌面用户，开始自己的开发道路。在保留基于RPM包的同时，PCLinuxOS别出心裁地使用自己的APT包管理工具（受Debian影响），但图形前端仍然用的是Synaptic。

• PCQLinux2004：由印度的PCQuest杂志生产，基于Fedora Core。

• PLD Linux：来自波兰的包，针对较高级别的用户，比Slackware、Gentoo更加易用。

• QiLinux：意大利生产，包括桌面版、光盘自启动版，还有服务器版、高级服务器版。

• Qomo Linux：以Linux人社区作为依托开发，目标是提供一款最新、最酷、最快，轻量级、模块化的Linux操作系统。

• Red Flag Linux：即红旗Linux，由北京中科红旗软件技术有限公司开发，主要针对中国市场。

• Red Hat Enterprise Linux：红帽Linux家族中唯一的商业分支。

• Scientific Linux：由红帽Linux企业版，将遵循GPL的软件重新编译而成。

• SUSE／openSUSE：来自德国，是欧洲最流行的包之一。跟红帽一样，也包括大量的软件，需要7张以上的CD，现在则用双DVD。这个包有独特的配置工具YaST。也是United Linux的创立者之一，已经被Novell公司收购。openSUSE是一个新的版本，基于社区，完全开源。

• Tinfoil Hat Linux：对安全格外关注的包。

• Trustix：专注于安全与稳定性的包。

• Turbo Linux：在亚洲较流行的一个包，基于Red Hat，是United Linux的成员。

• Vine Linux：基于Red Hat的一个日本包。

• White Box Enterprise Linux：意在兼容Red Hat企业版第三版。

• Yellow Dog：基于Red Hat，针对PowerPC平台。

• YOPER："Your Operating System"（你的操作系统），来自新西兰的桌面包。

Slackware系

Slackware 走了一条同其他的发行版本（Red Hat、Debian、Gentoo、SuSE、 Mandriva、Ubuntu等）不同的道路，它力图成为“UNIX风格”的Linux发行版本。它的方针是只吸收稳定版本的应用程序，并且缺少其他 linux版本中那些为发行版本定制的配置工具。

• Kate OS：基于Slackware的设计理念，一个轻便的波兰语包。

• Zenwalk Linux（以前是MiniSlack）：基于Slackware作了优化，注重简便、快捷。

• Plamo Linux：基于Slackware的日语包。

• Slackware：一个老牌包，由Patrick Volkerding维护，特别注重简洁与安全。

• Ultima Linux：基于Slackware，由Martin Ultima作了优化。

• SLAX：一个基于Slackware的自启动运行光盘，由Tomas Matejicek维护。

• Frugalware：通用Linux包，面向中级用户。

其他打包方式的包

• ArchLinux：基于KISS原则，针对i686和x86-64的CPU做了优化，以.pkg.tar.xz格式打包并由包管理器进行跟踪维护，特别适合动手能力强的Linux用户。

• Chakra GNU/Linux：原先基于ArchLinux，后来独立成有自己特色的发行版，如：官方包库不含依赖GTK+的软件包、只使用KDE桌面环境等。

• Calculate Linux：基于Gentoo,来自俄罗斯。

• CRUX：采用类BSD Port包管理系统，针对i686的CPU做了最优化，适合狂热爱好者以及专业人士使用。

• Foresight Linux：采用Conary包管理系统，引入了GNOME中的许多最新技术，比如beagle、f-spot、howl以及最新的hal等，这个包在保持易用的同时，更注重革新。

• Gentoo：这个包采用自己独特的Portage包管理系统，吸引了许多狂热爱好者以及专业人士，由于能自己编译及调整源码依赖等选项，而获得至高的自定义性及优化的软件，在源码包也有相当多新旧版本的选择，是个强调能自由选择的发行版。

• GoboLinux：构建了新的目录结构，比如GCC放在/Programs/GCC/这样的目录，为了让系统能找到这些文件，在/System/Links/Executables这样的目录下归组，这样就包含了/Programs目录下所有可执行文件的符号链接。

• Heretix：以前叫做RubyX，包的管理，包括包管理，都是通过由Ruby写的脚本来完成，所有的包都安装在/pkg目录下。

• ImpiLinux，来自南非的包，主要针对非洲用户。

• Jedi GNU/Linux：使用force-get包管理器，允许源码、二进制软件包共存。

• Linux From Scratch：这是一份文档，介绍如何自己动手，如何白手起家编译打造自己独一无二的Linux系统。

• Lunar Linux，基于源码，由Sorcerer GNU/Linux所派生。

• MkLinux："Microkernel Linux"的缩写，旨在将Linux移植到跑Mach微核的PowerPC机器上。

• Onebase Linux：采用OLM包管理器，对二进制、源码进行管理。

• Sabayon Linux：基于Gentoo，来自意大利。

• Sorcerer GNU/Linux：基于源码。

• Source Mage GNU/Linux：也是基于源码，由Sorcerer GNU/Linux所派生。

• Ututo：基于Gentoo，来自阿根廷。

• Open Client：基于Red Hat Enterprise Linux，来自IBM，提供有Fedora、Ubuntu、SLED的Layer。

给老机器订制的小型包

一般的迷你包，除了可以硬盘安装，也可以安装在U盘上。

• Austrumi：拉脱维亚的自启动CD包，支持英语，功能比较丰富，基于Slackware。

• cAos Linux：有社区维护，功能通用。

• Damn Small Linux（DSL）： 这是小型包的老祖宗，放在迷你CD上，原先设计是想看看一张50M的CD可以放多少桌面程序，原来是作为个人玩具，但不久Damn Small Linux周围就聚成了一个社区，不少人加入进来，参与改进，包括一个远程、本地的程序安装系统，多功能的备份、还原系统，另外还加入了Knoppix的硬件检测，使用自己的*.dsl软件包系统，默认的窗口管理器是Fluxbox。可以在微软虚拟机软件里运行，无须关闭WINDOWS系统专门进入LINUX系统，特别适合初学者。

• Feather Linux：类似于Damn Small Linux，但总容量是115MB，兼容Debian的软件包。

• Flonix USB版：放在USB设备上的可移动桌面包，这是个商业版，只能给购买的U盘作预装。

• Knopperdisk：为U盘设计的包，基于Gentoo。

• Puppy Linux：启动特别地快，在配置较低的PC上（内存小于48M），也可以运行自如。包含的工具都是特别精简的，使用Fvwm95作为窗口管理器（现在是JWM）。

• Kuppy Linux：基于Puppy发展的发行版，拥有启动特别地快，在配置较低的PC上等特点外，将桌面置换为XFCE4，更适合习惯windows操作的用户。

• Tiny Core Linux：是一个仅有10MB的桌面操作系统，甚至可以在486上运行，但它并不是一个完整的桌面，而且只支持有限局域网。

• Stem桌面：一个混合产品，使用标准的Debian来编译桌面（Fvwm95）。针对老机器（CPU小于等于266Mhz，内存小于等于64M）设计，从Debian软件仓库种选择的包都是最轻巧的。与众不同的是，该包没有自己的安装光盘，用户得先安装Debian，然后运行文本界面的安装脚本，然后通过网络连接，编译剩余的软件。这个包100%跟Debian兼容。

• SPBLinux：用于软盘、U盘的迷你版本。

• Vector Linux：中小型包，针对新老机器，采用小而快的应用程序，以及简化的安装程序。该包有多个版本，包括大小为2G的SOHO（Small Office, Home Office）版，以及800M的"Dynamite"版。SOHO版提供KDE／IceWM窗口管理器，外观很专业；Dynamite版只采用IceWM，以及部分工具。该包包括了简单的升级包管理程序，基于Slackware。

• eMoviX：小型包，专门用作媒体播放用途。

按发行方式划分

部分或全部的商业版

• BlueCat Linux：Linux嵌入式系统，可用于小型客户定制的设备，乃至大规模多CPU的系统。

• Libranet：基于Debian的桌面包，与Debian保持100%的兼容。安装过程有硬件自动检测，桌面有一个管理员菜单（文字模式与图形模式），这样简化了硬件与软件的配置。

• Linspire：另一个桌面包，以前叫Lindows，基于Debian。可以通过Linspire或者Debian的apt命令，添加额外的软件，但不保证跟Debian的兼容性。该包包含不少的专属软件。

• Mandriva Linux：Mandrakesoft跟Conectiva合并以后，更名为Mandriva Linux。对于菜鸟来说，该包的各种产品，包括服务器、工作站、小型商用以及个人版，是最容易维护的Linux包之一。原来是Red Hat的一个变种，针对奔腾级CPU作了优化，进而发展出了更加方便的包。在保留完全自由软件的同时，Mandriva商业模式，通过捐献，以及对非会员延迟发布政策，增加了企业级的支持与服务。

• MEPIS：一个基于Debian的包，也可以作为自启动光盘来运行，这样可以在决定硬盘安装前，尝尝鲜。

• Nitix：第一个基于Linux服务器的自治操作系统，具有自管理、自恢复、自配置和自优化的能力。

• Novell Linux 桌面：Novell收购SUSE后，两家的包就互相融合了。

• Progeny Debian：由Progeny开发，基于Debian，使用从Red Hat移植过来的Anaconda安装器，该包又称为Progeny Componentized Linux。

• Red Hat Enterprise Linux：从Red Hat Linux派生出的纯商业版。

• SUSE：基于德国的纽伦堡，以前叫SuSE，是欧洲最流行的Linux包，由自己独特的配置工具YaST，用户可以下载到体验版（跟专业版类似）。该公司是United Linux的创建者，最近被Novell收购。

• Xandros：来自加拿大，基于过去的Corel Linux，专注于桌面市场，以及跟Windows的兼容性。该包包含一些专属软件，跟Debian的dpkg包管理系统兼容。

• YES Linux：针对小型公司，提供建议的网络环境。

专用包

• Mobilinux：针对手机，由MontaVista出品。

• Android：来自Google，以apk格式打包，采用Dalvik虚拟机提供类似Java (编程语言)的应用程序接口，目前已成为用户最多的智能手机系统之一。

• Maemo：来自诺基亚，基于Debian，目前专用于诺基亚的N770、N800、N810网络终端，以及N900手机。

• Moblin︰来自英特尔，现已捐给Linux基金会，用于Eee PC或其他上网本，支持快速启动。

• MeeGo：Maemo与Moblin计划结合的产物。

• Bada (操作系统)：针对手机，由三星电子出品。

• LiMo 平台：由LiMo基金会主导开发的移动电话发行版。

• Tizen：MeeGo、LiMo 平台与bada计划结合的产物。

• Meltemi：MeeGo的另一个后继者，面向低端智能手机。

• webOS：针对手机和平板电脑，由Palm公司出品，后被惠普公司开源。

其它平台

iPodLinux基于修改版uClinux内核，并编写有所谓的“podzilla”简单用户界面。目前仅支持第四代之前的iPod。

linux内核模块编写要求从一个虚存区VMA和一个虚地址addr求这个地址所在的物理页面

implicit declaration of function ***

查查英语也应该晓得了阿....

隐式的函数声明，就是说你使用了kmap_atomic、kmap_atomic但是没有声明，一般是因为没有包含头文件，或者是内核的API发生了些许变化。

这两个函数包含在linux/highmem.h中，你在程序中添加一句：#include linux/highmem.h试试。

PS ：这个是在2.6.38的内核中的，你在lxr.linux.no搜下对应版本的kernel，我没有细细查。

如何在LINUX中获取进程中某个虚拟地址所在物理内

/*

*伪代码,示例

*32位地址，三级映射（没有pud_t），页面大小4KB

*/

unsigned long addr = 0x12345678;//要找的虚拟地址，用户空间所访问的地址

unsigned long real_addr = 0x00;//要输出的地址

struct task_struct *cur_task = get_current();//获取当前进程控制块

struct mm_struct *mm = cur_task - mm;//进程虚拟空间

pgd_t *pgd;//描述页全局目录项

pmd_t *pmd;//描述页中间项

pte_t *pte;//页表项

pgd = pgd_offset(mm, addr);//找出所在目录

if (pgd_none(*pgd)){

goto out;

}

pmd = pmd_offset(pgd, addr);//找出所在中间项

if (pmd_none(*pmd)){

goto out;

}

pte = pte_offset(pmd, addr);//找出所在页面

if (pte_none(*pte)) {

goto out;

}

//假设每页4KB

real_addr = addr 0x00003fff; //取出页面偏移量

real_addr += pte;//内核空间访问的地址

real_addr -= PAGE_OFFSET;//真正物理地址()

printk("物理地址是 %x\n",real_addr);

return;

out:

printk("没有内存映射",real_addr);