swapper_pg_dir如何映射用户地址空间

swapper_pg_dir是Linux内核中的一个全局变量，代表了内核的页表。它定义了内核地址空间中所有物理页面的映射关系，包括内核代码、数据、堆栈、设备映射等。对于用户进程的地址空间，内核需要创建一个新的页表来映射用户空间的虚拟地址到物理地址。具体步骤如下：

1. 内核在进程创建时会为该进程分配一个新的页表，并将该页表的地址存储在进程控制块（PCB）中。

2. 内核通过swapper_pg_dir将用户进程的虚拟地址映射到物理地址。

3. 当用户进程执行访问内存操作时，CPU会先将该虚拟地址转换为物理地址，然后访问物理地址对应的内存单元。

需要注意的是，swapper_pg_dir只是内核中的一个数据结构，它并不直接映射用户进程的虚拟地址。内核需要通过复制swapper_pg_dir并在其中添加用户进程的页表项来实现用户地址空间的映射。

相关问题

进程页表如何共享swapper_pg_dir

进程页表是每个进程独有的，用于记录该进程的虚拟地址空间与物理地址空间的映射关系。而swapper_pg_dir是系统中用于内核空间的页表，由内核代码所使用。

在Linux操作系统中，所有进程的页表都是通过swapper_pg_dir进行共享的。这是因为在Linux中，每个进程的虚拟地址空间都是相同的，都是从0开始，因此可以使用同一个页表来映射这些进程的虚拟地址空间。

具体来说，每个进程的页表都包含一个指向swapper_pg_dir的指针，这个指针被称为“内核页表”。当进程需要访问内核空间时，它会使用内核页表来进行映射。这样，所有进程都可以共享同一个swapper_pg_dir，从而节省了内存空间，并提高了系统的运行效率。

需要注意的是，进程页表与swapper_pg_dir的映射关系是在内核态下建立的，因此只有内核代码才能够访问swapper_pg_dir。而用户态代码则只能访问自己的页表，不能直接访问swapper_pg_dir。

swapper_pg_dir中如何添加用户进程页表，用代码来说明

在swapper_pg_dir中添加用户进程页表的步骤如下：

1. 创建页表

pgd_t *pgd = NULL;
pgd = (pgd_t *)get_free_page(); // 获取一块空闲物理页
if (!pgd) {
    return -1;
}
memset(pgd, 0, PAGE_SIZE); // 将页表清零

2. 将页表加入到swapper_pg_dir中

swapper_pg_dir[PGD_INDEX(address)] = virt_to_phys(pgd) | PG_PRESENT | PG_WRITE;

其中，address为用户进程的虚拟地址，PGD_INDEX(address)为该地址对应的pgd索引。

3. 添加映射关系

pte_t *pte = NULL;
pte = (pte_t *)get_free_page(); // 获取一块空闲物理页
if (!pte) {
    return -1;
}
memset(pte, 0, PAGE_SIZE); // 将页表清零

pgd[PGD_INDEX(address)] = virt_to_phys(pte) | PG_PRESENT | PG_WRITE;

pte[PT_INDEX(address)] = page_address | PG_PRESENT | PG_USER | PG_WRITE;

其中，page_address为要映射的物理页地址，PT_INDEX(address)为该地址对应的pte索引。

完整代码如下：

static int map_user_page(unsigned long address, unsigned long page_address)
{
    pgd_t *pgd = NULL;
    pgd = (pgd_t *)get_free_page(); // 获取一块空闲物理页
    if (!pgd) {
        return -1;
    }
    memset(pgd, 0, PAGE_SIZE); // 将页表清零

    swapper_pg_dir[PGD_INDEX(address)] = virt_to_phys(pgd) | PG_PRESENT | PG_WRITE;

    pte_t *pte = NULL;
    pte = (pte_t *)get_free_page(); // 获取一块空闲物理页
    if (!pte) {
        return -1;
    }
    memset(pte, 0, PAGE_SIZE); // 将页表清零

    pgd[PGD_INDEX(address)] = virt_to_phys(pte) | PG_PRESENT | PG_WRITE;

    pte[PT_INDEX(address)] = page_address | PG_PRESENT | PG_USER | PG_WRITE;

    return 0;
}