Linux内核如何创建页表 (linux 内核页表创建)
作为开源领域更受欢迎的操作系统之一，Linux内核已经成为众多IT从业者和开发者的首选选择。其中，页表是Linux内核中处理内存管理的核心部分之一。Linux内核中的页表可以根据虚拟地址获取对应的物理地址，这个过程中牵涉到分页、地址转换等操作。那么，本文将深入探讨，以及其中涉及的相关操作。
一、页表是什么？
在计算机中，内存被划分为很多固定大小的块，成为”页面”（Page）。每个页面的大小通常为4KB，也就是说，每个页面可以存储4*1024个字节的数据。计算机中的程序在运行时，需要加载到内存中才能执行。以C语言编写的程序，编译成可执行文件后，为了方便加载和管理，内存中的数据和代码会被分割成若干个固定大小的块，每个块就是一个页面。
页面不是独立存在的，而是需要组成一个页表。页表是一种数据结构，能够将虚拟地址映射成物理地址。虚拟地址是程序使用的地址，而物理地址是实际存储数据的地址。当程序需要访问内存中的数据时，Linux内核将根据虚拟地址检索页表，从而找到对应的物理地址。因此，页表是指内核中一种数据结构，其中存储了虚拟地址与物理地址的映射关系，方便程序在内存中读取和存储数据。
二、Linux内核中如何创建页表？
在Linux中，内核负责管理内存分配和释放，而创建页表就是其中必不可少的操作之一。下面将从分页机制、地址转换等角度，深入探讨。
（一）分页机制
Linux内核采用的是分页机制，将物理内存划分成固定大小的块，即页面，其大小为4KB。为了方便管理，由内核进行管理，其中包括将每个页面与一个页框对应起来。页框是物理内存中的一个固定大小的块，其大小与页面相同，有一个长度为32位的标识符。当程序需要从内存中读取数据时，Linux内核根据页面的大小将数据划分成多个页面，然后将这些页面映射到物理地址中去。这样就可以更好地利用物理内存。
（二）地址转换
Linux内核中创建页表还涉及到地址转换的操作。在Linux中，计算机分配给每个进程的虚拟地址空间是相同的，而不同进程之间的虚拟地址是不同的。进程在执行过程中，就是将自己的虚拟地址空间映射到物理地址空间中去。操作系统管理着一张全局的页表，每次进程发生虚拟地址转换时，都需要在这张页表中查找对应的物理地址映射。
地址转换的过程如下：
1、16位的段选择符，选择要使用的段描述符。
2、根据段描述符的内容找到段的基址（段基址+偏移量，最终形成一个32位的虚拟地址）。
3、将虚拟地址中的高10位（前22位）作为索引，找到页目录表中对应项的地址。
4、用虚拟地址中间10位（位于22到31的位置）作为索引，找到页表中对应的页表条目。
5、使用虚拟地址的最后12位（位于0到11）作为索引，找到页表条目的对应页面，将其物理地址返回。
（三）物理、逻辑地址空间划分
Linux中将物理内存分成3个区域，即内核空间、DMA空间以及进程地址空间。其中，内核空间中包含的内存划分给内核使用，DMA空间提供访问设备的内存地址，进程地址空间为用户进程提供的内存空间。物理内存区间的具体划分如下：
1、00000000 – 9fffffff：用户空间，内存地址从 0 开始。
2、a0000000 – bfffffff：内核 I/O 映射空间，预留了一段虚拟地址区域，对应物理地址的范围是 a0000000 到 bfffffff。这段区域的内存访问不通过 TLB。映射关系通过 ioremap 函数建立。ioremap_nocache 用于不能被 CPU cache 映射的区域。除了CPU之外，没有任何硬件会通过访问这个区域获取信息。
3、c0000000 – c03fffff：内核虚拟地址空间，即内核代码，全局变量等。从此处开始的区间是内核的虚拟地址空间，内核的代码、全局数据以及内核映射的一些设备内存等都位于这个地址空间内。由于内核可以访问物理内存，所以内核也可以从物理地址空间中查找和管理内存。简单下来，内核虚拟地址空间给内核使用，且内核和进程地址空间是隔离的。
（四）页表管理
页表是对程序虚拟地址和物理地址之间互相映射关系的描述，为了管理这些映射关系，Linux内核需要建立页目录表和页表。页目录表是一种存放页表条目指针的数据结构，页表条目包含了虚拟地址与物理地址之间的映射关系。
Linux中页目录表对应的数据结构为pgd_t，页表条目对应的数据结构为pte_t。Linux内核进行页表的创建是在初始化内存管理时完成的，在这个过程中，内核会创建一张全局的也到表，用于记录分配给每个进程的虚拟地址空间。同时，内核中还会维护一组 FREE_PAGE 内存池，用于申请和释放页面。申请页面的函数名是get_free_page，而释放页面的函数名是put_page。
三、
通过以上的介绍，我们可以了解到Linux内核中如何创建页表。内核采用了分页机制，在页面和页框之间进行映射，同时，页表也由页目录表和页表条目组成。当进程需要访问内存中的数据时，内核会在页表中查找虚拟地址对应的物理地址，根据映射关系获取对应数据。Linux内核管理内存，不仅能够更好地利用系统资源，同时也很好地保证了程序的安全性和稳定性。
