请教一个问题，关于内存寻址中的PUD_SHIFT

tsdcsp

最近在看《深入理解LINUX内核》第三版，看到一个地方不是很理解，望高手指点！

书中第64页，有如下的说明：
   在80x86处理器上，PUD_SHIFT总是等价于PMD_SHIFT，...

在网上搜了一下，也有大量类似的表述。
但是从代码中看(2.6.11)，有如下的定义：
  #define PUD_SHIFT PGDIR_SHIFT

PAE使能时，PMD_SHIFT=21, PUD_SHIFT=PGDIR_SHIFT=30
PAE未使能时，PMD_SHIFT=PUD_SHIFT=PGDIR_SHIFT=22

说PUD_SHIFT总是等价于PGDIR_SHIFT是否更合适一些？是书中所写有误，还是我弄错了？

humjb_1983

看似说的是，当32位且未启用PAE的情况下，PUD_SHIFT=PMD_SHIFT=PGD_SHIFT

cu_philfrank

你这里提到的80x86处理器是32位的，所以PUD根本就用不上。只有64位的处理器才会用到PUD。

一下是我总结的intel处理器和Linux多级页表的关系：

N级页表	PGDE	PUDE	PMDE	PTE	分页模式
4	PML4E	PDPTE	PDE	PTE	IA-32e
3	PDPTE	PDPTE	PDE	PTE	PAE/IA-32e
2	PDE	PDE	PDE	PTE	32-bit/PAE/IA-32e
1	PTE	PTE	PTE	PTE	32-bit

tsdcsp

谢谢，我只是想确认一下32位的情况，及书中描述是否有误

l4rmbr

内核现在用的是通用的四级页表结构。
PGD -> PUD -> PMD -> PTE

对于x86(不开pae): 2级页表就够了：PGD -> PTE,  所以pud, pmd被折叠了
对于x86(开pae): 3级页表： PGD -> PMD -> PTE. 所以pud被折叠了
对于x86_64：4级页表： PGD -> PUD -> PMD -> PTE

关于“折叠”的意思，就是增加了多余的一层接口，但其实这一层接口是空操作，这样
内核可以使用通用的四级页表，而不用关心具体页表层次的差异。

大概页表的遍历接口如下（只描述概念，不对应实际的代码）：

pgd = pgd_offset(mm, addr);
pud = pud_offset(pgd, addr);
pmd = pmd_offset(pud, addr);
pte = pte_offset(pmd, addr);

所以，书中的#define PUD_SHIFT PGDIR_SHIFT没有错，它表达的就是“折叠”的意思，此时pgd与pud等价的，
或者说，pud很特殊，它只有一项。


关于四级页表在内核中的演化，有兴趣可以看我之前写过的文章：
Linux内核4级页表的演进

tsdcsp

回复 5# l4rmbr

书中是讲：PUD_SHIFT总是等价于PMD_SHIFT
代码中是：#define PUD_SHIFT PGDIR_SHIFT


   

l4rmbr

回复 6# tsdcsp


    总是等价于的说法肯定是错的。对于x86_64架构，四级页表，PUD_SHIFT不等同于PMD_SHIFT。页表项分割如下：

   |   PGDIR |      PUD     |     PMD     |     PTE    |     page offset        |
   
                   |<----------------------- PGDIR_SHIFT --------------------->|
                                     |<---------------- PUD_SHIFT ---------------->|
                                                        |<------- PMD_SHIFT ---------->|
                                                                        |<-- PTE_OFFSET ->|


    对于Linux来说，这就是它的通用四级页表，所有页表遍历代码都是依次遍历每一个层次： PGD --> PUD --> PMD --> PTE
   
    它不了解底层架构的差异，不管它们用的是2级，3级，还是4级页表等。

    对于底层只有2级硬件页表的架构（如i386)来说， 必须虚构出两层页表来。它只有PGDIR,  PTE, 现在要虚构出PUD, PMD来。
   
    怎么虚构？

    前面的回答曾说了，四级页表遍历的流程如下：

     pgd = pgd_offset(mm, addr);
     pud = pud_offset(pgd, addr);
     pmd = pmd_offset(pud, addr);
     pte = pte_offset(pmd, addr);
   
    当遍历第一层页表：  pgd =  pgd_offset(mm,  address);  就得到下一级页表的物理地址，就是PTE页表。
    但现在的通用页表是四级，接下来一级是PUD, 所以要虚构一个 PUD.  

          pud = pud_offset(pgd, addr);

    想要一个pud是吧。那我们造一个给它。

     造的方法很简单，就是把当前的页表，进行伪装。即：
         
     pud_t *pud_offset(pgd, address)  
     {
            return  (pud_t *)pgd;
      }

    也就是这一层接口，并不是遍历页表，而是简单返回pgd(当然，要把它转型），这样就”欺骗“了通用四级页表结构，让它
    以为自己得到了一个pud.  

    类似，下一级同样这样虚构。

    这里面用的技巧就是：返回同一个页表项，把它假装为下一级的页表项。
    等价地理解， 这表示该级（虚拟）页表有且只有一项
    所以，此时等价于： PGDIR_SHIFT == PUD_SHIFT。

    这一点想通了，这些代码就很容易理解了。