linux - Linux页表管理和MMU

Question

我对linux内核和MMU之间的关系有疑问。我现在明白了 linux 内核管理虚拟内存地址和物理内存地址之间的页表。同时x86架构中还有MMU，管理虚拟内存地址和物理内存地址之间的页表。如果 MMU 出现在 CPU 附近，内核还需要处理页表吗？

这个问题可能很愚蠢，但另一个问题是，如果 MMU 负责内存空间，那么谁来管理高内存和低内存？我相信内核将从MMU（32位4GB）接收虚拟内存大小，然后内核将区分虚拟地址中的用户空间和内核空间。我对么？还是完全错误？

提前非常感谢！

Answer 1

OS 和 MMU 页面管理职责是同一机制的两个方面，位于架构和微架构之间的边界。

第一面定义了硬件和在其上运行的软件（在本例中为操作系统）之间的“契约”——如果您想使用虚拟内存，则需要按照该契约中的描述构建和维护一个页表。另一方面，MMU 端是一个硬件单元，负责执行地址转换的硬件任务。这可能包括也可能不包括硬件优化，这些通常是隐藏的，并且可以以各种方式实现以在后台运行，只要它维护合同的硬件方面。

理论上，MMU 可以决定为每个翻译（页面遍历）发出一组内存访问，以实现所需的行为。然而，由于它是一个性能关键元素，大多数 MMU 通过在 TLB 中缓存先前页面遍历的结果来优化这一点，就像缓存存储先前访问的结果一样（实际上，在某些实现中，缓存本身也可能存储一些访问页表，因为它通常驻留在可缓存内存中）。MMU 可以管理多个 TLB（大多数实现将数据和代码页的 TLB 分开，有些具有 2 级 TLB），并从那里提供翻译，除了更快的访问时间之外，您不会注意到这一点。

还应该注意的是，硬件必须防范许多可能损害先前翻译的这种 TLB“缓存”的一致性的极端情况，例如使用期间的页面别名或重新映射。在某些机器上，更恶劣的情况甚至需要称为 TLB 击落的大量冲洗流。