进程如何找到pgd页表，页表的数据结构是什么

进程找到pgd页表的方法：进程可以通过读取和修改pgd指针来访问或修改自己的页表。页表的数据结构包含：1、PGD；2、PMD；3、PTE。PGD指页全局目录，代表了整个虚拟地址空间，是页表树的名列前茅级，包含多个PMD。

一、进程找到pgd页表的方法

在Linux内核中，每个进程都有一个指向其PGD的指针pgd，该指针位于进程描述符结构体（task_struct）中。进程可以通过读取和修改pgd指针来访问或修改自己的页表。具体来说，当进程需要访问某个虚拟地址时，它将该虚拟地址传递给虚拟内存子系统，该子系统将根据进程的pgd指针和虚拟地址计算出需要访问的页表条目，并返回对应的物理页框号给进程。

二、页表的数据结构是什么

在Linux内核中，页表的数据结构通常分为三级：

1、PGD

PGD，全称为Page Global Directory，即页全局目录，代表了整个虚拟地址空间，是页表树的名列前茅级，包含多个PMD。Linux系统中每个进程对应用户空间的pgd是不一样的，但是linux内核的pgd是一样的。 当创建一个新的进程时，都要为新进程创建一个新的页面目录 PGD ，并从内核的页面目录 swapper_pg_dir 中复制内核区间页面目录项至新建进程页面目录 PGD 的相应位置。

2、PMD

PMD，全称为Page Middle Directory，即页中间目录，代表了一段连续的虚拟地址空间，是页表树的第二级，包含多个PTE。在Linux内核中，PMD数据结构也是通过多级页表的方式进行组织的，与PGD类似，它也有对应的指针pmd指向它所在的页表。

3、PTE

PTE，全称为Page Table Entry，即页表项，代表了一页的映射关系，是页表树的叶节点，包含了一个物理页框号和一些控制信息。

三、页表简介

页表是一种特殊的数据结构，放在系统空间的页表区，存放逻辑页与物理页帧的对应关系。 每一个进程都拥有一个自己的页表，PCB表中有指针指向页表。

1、分页技术的核心思想

分页技术的核心思想是将虚拟内存空间和物理内存空间视为固定大小的小块，虚拟内存空间的块称为页面（pages），物理地址空间的块称为帧（frames），每一个页都可以映射到一个帧上。

riscv32 框架下，每个页面的大小为 4kb 。虚拟地址可以分为两部分， VPN（virtual page number） 和 page offset。

它们的作用如下：

• 通过页表，将 VPN 转换为目标物理地址所处的页面
• 通过 page offset 在页面中找到具体的物理地址

由于页面大小为 4kb ，所以为了能够访问页面中的任意物理位置， page offset 的长度为 12 位。

2、二级页表

在了解二级页表之前，我们说一下一级页表的特点：

• 一级页表非常多容纳1M（4GB/4KB = 1048576）个页表项，每个页表项是4字节，如果页表项全满的话，便需要占据4M空间
• 一级页表中的所有表项必须要提前建好，原因是操作系统要占用4GB虚拟地址空间的高1GB，用户进程占用低3GB
• 每个进程都有自己的页表，进程越多，页表占用空间越大。

综上所述，一级页表必须提前建好，随着进程数增多，页表占用空间越大，如何解决上述问题？那么我们就需要页表在我们需要的时候动态增加，不需要一次性建立好，这种解决方案就是通过二级页表。

一级页表是将1M个页放置到一张页表中，二级页表是将1M个页平均放置到1K个页表中，每个页表包含1K个页表项，每个页表项4字节，即二级页表这个大小恰好是4KB大小，即一个页。

由于我们将一张页表拆成了多张页表存放，因此需要一个统一管理这些页表的地方，该地方的名称叫页目录表。

3、二级页表如何获取真实物理地址

二级页表需要将虚拟地址拆解成3部分，分别为：

• 高10位：用来定位页目录表中的一个页目录项（页目录项中包含页表的物理地址）
• 中间10位：用于在某个页表中定位页表项
• 低12位：页内偏移量

具体的转换过程如下：

• 段部件生成虚拟地址
• 用虚拟地址的高10位乘以4，再加上页目录表的物理地址，便是页目录项的物理地址，读取该物理地址处的内容，获得页表的物理地址
• 用虚拟地址的中间10位乘以4，再加上一步获得的页表的物理地址，便是页表项的的物理地址，读取页表项的内容，便可从页表项的数据结构中获取我们需要访问的物理地址
• 将该物理地址再加上虚拟地址的低12位，便是最终我们要访问的物理地址

通过页目录项我们可以知道页表项的物理地址，但是我们怎么知道页目录项的物理地址呢？答案还是cr3寄存器，由于我们开启二级页表以后，可以在页目录项中获取页表的位置，因此cr3寄存器会存储我们页目录表的地址，因此CR3寄存器也称为页目录基址寄存器。

延伸阅读1：Linux内存管理机制

• 页式存储管理：将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页(page)，而物理内存划分为同样大小的页框(page frame)。程序加载时，可将任意一页放人内存中任意一个页框，这些页框不必连续，从而实现了离散分配。该方法需要CPU的硬件支持，来实现逻辑地址和物理地址之间的映射。
• 段式存储管理：在段式存储管理中，将程序的地址空间划分为若干个段(segment)，这样每个进程有一个二维的地址空间。在前面所介绍的动态分区分配方式中，系统为整个进程分配一个连续的内存空间。而在段式存储管理系统中，则为每个段分配一个连续的分区，而进程中的各个段可以不连续地存放在内存的不同分区中。