Linux 页表管理和 MMU

Question

我有一个关于 linux 内核和 MMU 之间关系的问题。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？

这个问题可能比较傻，但另一个问题是，如果MMU负责内存空间，谁来管理高位内存和低位内存？我相信内核将从 MMU(32 位中的 4GB)接收虚拟内存的大小，然后内核将在虚拟地址中区分用户空间和内核空间。我对么？还是完全错误？

提前致谢!

Answer 1

操作系统和 MMU 页面管理职责是同一机制的两个方面，存在于体系结构和微体系结构之间的边界上。

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”——如果你想使用虚拟内存，你需要构建和维护一个页表，如中所述契约(Contract)。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引擎盖下运行，只要它维护契约(Contract)的硬件方面。

理论上，MMU 可以决定为每次翻译(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它，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对页表的访问，因为它通常驻留在可缓存的内存中)。 MMU 可以管理多个 TLB(大多数实现将数据页和代码页分开，有些具有二级 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，硬件必须防止许多极端情况，这些情况可能会损害以前翻译的这种 TLB“缓存”的一致性，例如页面别名或在使用过程中重新映射。在某些机器上，更糟糕的情况甚至需要大量的冲洗流，称为 TLB 击落。