Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Иркутский государственный университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

ЭВУ / виртуальная память.ppt

Скачиваний:

Добавлен:

31.05.2015

Размер:

2.64 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 22

Страничное управление памятью

Каталог страниц, размером 4 Кбайт содержит 1024 32-битных строки РDЕ (Page Directory Entry).Каждая строка (см. ниже рис. а) содержит 20 старших бит адреса таблицы следующего уровня (младшие биты этого адреса всегда нулевые) и признаки (атрибуты) этой таблицы.

Индексом поиска в каталоге страниц являются 10 старших бит линейного адреса (А22-А31).

а — строка каталога; б — строка таблицы

Каждая таблица страниц также имеет 1024 строки РТЕ (Page Table Entry) аналогичного формата (рис. б), но эти строки содержат базовый физический адрес (Page Frame Address) и атрибуты самих страниц.Индексом поиска в таблице являются биты А12-А21 линейного адреса.

•Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov

Страничное управление памятью

Физический адрес получается из адреса страницы, взятого из таблицы, и младших 12 бит линейного адреса. Строки каталога и таблиц имеют следующие биты атрибутов:

•Р (Present) — бит присутствия. Р=1 означает возможность использования данной строки для трансляции адреса. Бит присутствия вхождений в таблицы, используемые текущим исполняемым кодом, должен быть установлен. Программный код не должен его изменять «на ходу». Если Р=0, то все остальные биты доступны операционной системе и могут использоваться для получения информации о местонахождении данной страницы.

•A (Accessed) — признак доступа, который устанавливается перед любым чтением или записью по адресу, в преобразовании которого участвует данная строка.

•D (Dirty) — признак, который устанавливается перед операцией записи по адресу, в преобразовании которого участвует данная строка. Таким образом, помечается использованная — «грязная» страница, которую в случае замещения необходимо выгрузить на диск.

Биты Р, А, D модифицируются процессором аппаратно в заблокированных шинных циклах. При их программной модификации в многопроцессорных системах должен использоваться префикс LOCK, гарантирующий сохранение целостности данных.

Страничное управление памятью

Поле OS Reserved программно используется по усмотрению ОС и может хранить, например, информацию о «возрасте» страницы, необходимую для реализации замещения по алгоритму LRU (Least Recently Used

— наиболее долго не использовавшаяся страница замещается первой).

Бит PWT (Page Write Through) определяет политику записи при кэшировании, а бит PCD (Page Cache Disable) запрещает кэширование памяти для обслуживаемых страниц или таблиц.

Бит PS (Page Size) задает размер страницы. При PS=0 страница имеет размер 4 Кбайт, PS=1 используется в расширениях РАЕ и PSE.

Бит G (Global), появившийся в Р6, определяет глобальность страницы. Он анализируется только в строке, указывающей на страницу физической памяти (в РТЕ для страниц в 4 Кбайт, в PDE — для страниц 2 Мбайт или 4 Мбайт). Этот бит, управляемый только программно, позволяет пометить страницы глобального использования (например, ядра ОС). При установленном бите PGE в регистре CR4 строки с указателями на глобальные таблицы не будут аннулироваться в TLB при загрузке CR3 или переключении задач, что снижает издержки обслуживания виртуальной памяти.

Страничное управление памятью

Прежде, чем включить в программе страничное преобразование, нужно выполнить следующие действия:

1.Подготовить описания всех используемых в программе страниц, таблиц страниц и каталога страниц.

2.Загрузить адрес начала (т.е. базовый адрес) каталога страниц в CR3.

3.Разрешить в процессоре страничное преобразование.

1. Подготовка описаний страниц.

Мы будем использовать формат страницы в следующем виде:

Как видите, нужно будет устанавливать только биты 0 и 1 в элементах PDE и PTE, что мы и будем делать примерно следующим образом:

Mov eax,page_address ; Загружаем в EAX выравненный на ; границу 4Кб адрес страницы.

Mov al,3 ; Устанавливаем биты 0 и 1 (все остальные должны быть равны 0).

Mov PTE_or_PDE,eax ; Записываем готовый элемент PDE или PTE.

Бит: Описание

0:P = 1/0, если страница определена / нет

1:R/W = 1/0, если страницу можно писать и читать / только читать

2:U/S = 0, т.к. наши примеры пока работают только на нулевом уровне привилегий 3..11: 0 (не используются)

12..31: Старшие 20 бит физического адреса, на который отображена страница.

Страничное управление памятью

Приближения в примере:

1.Рассмотрим только первый мегабайт адресного пространства, чтобы не перегружать исходник лишними деталями; первый мегабайт гарантированно есть в любом используемом сейчас компьютере и поэтому не нужно дополнительно определять количество присутствующей физической памяти.

2.Используем только один элемент каталога страниц - PDE 0, который определит одну таблицу страниц. Этого достаточно, т.к. таблица страниц может покрыть до 4Мб адресного пространства.

Втаблице страниц определим только первые 256 страниц (т.е. элементов PTE) и зададим им тождественное отображение. Это значит, что линейные адреса будут совпадать с физическими и для элемента PTE 0 базовый адрес будет равен 0000 0000h, для PTE 1 - 0000 1000h, PTE 2 - 0000 2000h и т.д.

Итого, 256 страниц по 4Кб каждая образуют один мегабайт. Все остальные элементы PTE мы просто очищаем нулями - главное, чтобы бит P (0-й бит в каждом PTE) был равен 0 для неопределённых страниц - тогда процессор не допустит обращения к ним и сгенерирует исключения страничного нарушения.

Все операции по установке элементов PDE и PTE выполняет процедура "set_pages". Эта процедура сбрасывает (т.е. записывает в них нули) все элементы PDE и все PTE в первой и единственной таблице страниц. Затем она устанавливает первый элемент каталога страниц (PDE 0), в котором указывает адрес таблицы страниц и, наконец, устанавливает первые 256 PTE в таблице страниц. В качестве указателя на каталог страниц используется содержимое переменной Page_Directory, которая записывается другой процедурой set_PDBR

Страничное управление памятью: пример отображения страниц

set_pages

proc

near

;Установка каталога страниц, PDE 0 и тождественного отображения страниц для

;первого мегабайта.

mov	ax,Data_selector
mov	es,ax
mov	di,Page_Directory		; ES:DI = указатель на каталог страниц.
xor	eax,eax
mov	cx,1024 + 1024 ; Очистка 2-х страниц памяти (по 4Кб).
cld
push	di
rep	stosd		; Очищаем все элементы каталога страниц
			; (PDE 0 .. PDE 1023) и всю первую таблицу
pop	di		; страниц (соответствующую элементу PDE 0).
pop	di
mov	eax,cr3	; EAX = адрес начала каталога страниц.
add	eax,4096	; Первая таблица страниц (PDE 0) будет
			; располагаться сразу за каталогом страниц.
mov	al,3		; Флаги PDE: P=1, R/W = 1
stosd			; Записали PDE 0
add	di,4096 - 4	; Переходим к таблице страниц
xor	eax,eax	; Начнём с адреса 0
mov	al,3		; Флаги PTE: P=1, R/W = 1
mov	cx,256		; Установим 256 страниц (они покроют
spag_1:			; первый мегабайт физической памяти).
spag_1:
stosd
add	eax,4096
loop	spag_1

ret

endp

пример

Страничное управление памятью

Загрузка базового адреса каталога страниц в CR3.

Вообще говоря, загрузка регистра CR3 должна проводится после того, как будет определена вся используемая структура страниц, но на самом деле не имеет значения, когда вы запишите в CR3 базовый адрес каталога страниц - до тех пор, пока в процессоре не будет разрешено страничное преобразование, этот регистр также не будет использоваться.

Установка CR3 производится почти в самом начале программы, процедурой "set_PDBR". Дело в том, что каталог страниц и любые таблицы страниц должны находиться целиком в физической странице памяти, т.е. по адресам, кратным 4Кб. Определить эти адреса гораздо проще находясь в режиме реальных адресов, используя значения сегментных регистров - в защищённом режиме понадобилось бы обратиться к GDT, чтобы получить адрес текущего сегмента данных, либо вводить дополнительные переменные.

Процедура "set_PDBR" вычисляет адрес каталога страниц как адрес ближайшей к концу программы свободной физической страницы памяти и помещает его в CR3:

set_PDBR

proc

near

; Установка значения в PDBR

xor

eax,eax

mov

edx,eax

mov

ax,ds

shl

eax,4

mov

ebx,eax

; Сохраняем в EBX физический адрес начала

; сегмента данных.

lea

dx,Last_label

; Last_label - это последняя метка программы.

add

eax,edx

; EAX = физический адрес последней метки.

mov

dx,ax

and

ax,0f000h

; Сбрасываем младшие 12 бит адреса.

sub

dx,ax

cmp

dx,0; Адрес последней метки уже был выровнен на границу

4Кб ?

spdbr_1

add

ah,10h

; Если нет, то выравниваем его.

spdbr_1:

mov

cr3,eax

; Загрузка адреса в CR3 (т.е. в PDBR).

; По этому адресу будет размещён каталог страниц.

sub

eax,ebx

; EAX = AX = смещение каталога страниц

; относительно начала сегмента данных.

mov

Page_Directory,ax

ret

endp

Страничное управление памятью

set_paging proc near

Разрешение в процессоре страничного преобразования.	; Включение страничного преобразования

Для того, чтобы включить или, другими словами, разрешить в процессоре страничное преобразование, необходимо установить бит PG (это 31-й бит) в регистре управления CR0.

После того, как это будет сделано, нужно выполнить команду перехода - она заставит процессор сбросит конвейер и начать выборку команд уже используя механизм трансляции страниц.

Перед возвратом программы в режим реальных адресов нужно запретить страничное преобразование - сбросить бит PG в CR0 и выполнить команду перехода - в этом случае она заставит процессор при выборке команд не использовать содержимое буферов TLB и программа корректно выйдет в R-Mode.

В нашем примере тождественное отображение для всех страниц устанавливается не потому, что это просто, а потому, что это - надёжно. Если вы включите страничное отображение и какая- либо часть программы (код, стек, данные) будет описываться страницами с не тождественным отображением, то программа может "уйти" по нормальному линейному адресу, указанному в программе на совершенно другой физический адрес, что в любом случае приведёт к нестабильности программы и скорее всего - к зависанию или сбросу процессора.

Для разрешения страничного преобразования в наших примерах будет использоваться процедура "set_paging", для запрещения - "reset_paging":

mov

eax,cr0

bts

eax,31

; Устанавливаем 31-й бит (PG)

mov

cr0,eax

jmp

spg_1

spg_1:

ret

endp

reset_paging

proc

near

; Запрещение страничного преобразования

mov

eax,cr0

btc

eax,31

; Сбрасываем 31-й бит (PG)

mov

cr0,eax

jmp

rspg_1

rspg_1:

ret

endp

Используемые Интернет-ресурсы:

•http://sasm.narod.ru/docs/pm/pm_mem/chap_6.htm

•http://sasm.narod.ru/docs/pm/pm_mem/chap_7.htm

•http://citforum.ru/operating_systems/sos/glava_7.shtml

•http://x86.migera.ru/text/glava_2.html

•http://www.intuit.ru/department/os/osintro/10/

•http://www.moodle.ipm.kstu.ru/mod/resource/view.php?id =57

литература:

•Книга «Ассемблер. Учебник для ВУЗов», авторы Михаил Гук, Виктор Юров

•Книга «Архитектура ЭВМ»,автор Мюллер

•Книга «Процессоры Pentium4, Athlon и Duron», авторы Михаил Гук, Виктор Юров

•Книга «Архитектура ЭВМ», автор Танненбаум

Физический факультет, ЭВУ и системы, 7 семестр,2010 Доцент Моховиков А..Ю. Physics Faculty, Electronic Devices & Systems, 7th semester,2010 Dr. Mokhovikov Alexander

Yurievich

<<< < Предыдущая 12 / 22

Соседние файлы в папке ЭВУ

#
31.05.2015102.14 Кб391.jpg
#
31.05.20151.96 Mб40архитектура netburst.ppt
#
31.05.20152.64 Mб40виртуальная память.ppt
#
31.05.20151.9 Mб41дескрипторы переключение задач.ppt
#
31.05.20153.02 Mб41кэширование 2.ppt
#
31.05.20154.28 Mб48кэширование.ppt
#
31.05.2015663.55 Кб43мат сопроц.ppt
#
31.05.20153.32 Mб40память адресация.ppt