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


注：本文是参考Kernel的代码并加上个人揣测，欢迎指正

在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_PRESENT为0，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build在X86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 和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PTE的young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X86的MMU那样(只要看到*pte为0，就判断该页压根没有被加载到内存中；若*pte不为0，PTE_PRESENT位为0，就能判断该被swap out了),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

地点: 中国上海市浦东新区科苑路

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