Sumário. Estruturas de suporte à paginação Entrada de tabela de páginas Visão geral da tradução de um endereço virtual

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1 Sumário Estruturas de suporte à paginação Entrada de tabela de páginas Visão geral da tradução de um endereço virtual Gestão de memória no csoker Layout do espaço de endereçamento linear Layout da memória física Alocação/libertação de page frames Construção do espaço de endereçamento sistema (build_system_address_space) Construção do espaço de endereçamento utilizador (build_address_space) Libertação de espaço de endereçamento (free_address_space) Algoritmo do page fault handler (trap + on_page_fault em main.c) 1

2 Estruturas de dados de suporte à paginação Directoria de tabelas de páginas (page directory) Memória física (page frames) Entrada tabela de páginas Entrada directoria Page frame CR3 Endereço virtual linear 2

3 Entrada de tabela de páginas bits mais significativos do endereço da page frame Available D A S R / / P U W P Present (indica que a página está associada a uma page frame) R/W Read/Write (indica se a página pode ser modificada) S/U Superviser/User (indique que a página pode ser usada em user mode) bits reservados (já utilizados em versões mais recentes do CPU) Bits alterados automaticamente pela MMU: A Acessed (indica que a página for acedida) D Dirty (indica que a página foi modificada 3

4 Endereço virtual Segmentado/Paginado Endereço Virtual Segmentado 15 Selector 31 Tabela de Descritores (GDT,LDT) Offset Descritor de Segmento Endereço Base Directoria de tabelas de páginas (page directory) 12 3 Entrada tabela de páginas Memória física (page frames) Entrada directoria Page frame Endereço virtual linear CR3 Offset 4

5 Espaço de endereçamento virtual O espaço de endereçamento dos processos acessível em código utilizador é sempre contíguo, com início em USER_START (x1) System address space xc1 Kernel code xca UMA xc KERNEL_VSTART Identity mapping to physical memory User address space x1 User Start Address (USER_START) Not mapped x 5

6 Layout da memória física Livre Kernel code Upper memory area x1 +Kernel size x1 xa UMA Livre Reservada pelo BIOS x1 x 6

7 Gestão da memória física A memória física é descrita por uma pela estrutura phys_mem_desc_t phys_mem. O campo page_pool contém um array de descritores de page frames que permitem ligar em lista page frames não utilizadas, e manter um contador de espaços de endereçamento que referenciam page frames ocupadas. typedef union page_frame { union page_frame * next; U32 nrefs; page_frame_t; typedef struct phys_mem_desc { page_frame_t page_pool[phys_pages]; page_frame_t * head_free_pages; unsigned int num_free_pages; /* free pages counter */ phys_mem_desc_t; head_free_pages page_pool Espaços de Endereçamento 7

8 Gestão de memória física (2) alocar e libertar page frames Descrição: aloca page frame Entradas: não tem Retorna: endereço virtual (no espaço de endereçamento sistema acima de KERNEL_VSTART) char * page_frame_alloc() { se lista descritores de page frames livres vazia panic("memory exausted"); senão page_frame_t * frame page frame retirada à cabeça da lista contador de referências de frame = 1 decrementa contador de page frames livres fim se retorna: endereço virtual correspondente a frame ocupada Descrição: liberta page frame Entradas: endereço físico da page frame a libertar Retorna: nada void free_page(phys_address pa) { page_frame_t * frame endereço virtual (no espaço de endereçamento sistema) de pa decrementa contador de referências de frame se (contador de referências de pa == ) insere pa à cabeça da lista de page frames livres incrementa contador de page frames livres fim se 8

9 Gestão de memória física (3) funções de alocação complementares Descrição: aloca page frame iniciada com zeros Entradas: não tem Retorna: endereço virtual (no espaço de endereçamento sistema acima de KERNEL_VSTART) char * page_frame_alloc_zero() { char * mem page_frame_alloc(); fill_zero(mem, PAGE_SIZE); retorna: mem; Descrição: retorna page directory a usar na definição de espaço de endereçamento de código utilizador Entradas: não tem Retorna: endereço virtual de page directory no espaço de endereçamento sistema (acima de KERNEL_VSTART) page_table_t create_user_page_dir() { page_table_t page_dir page_frame_alloc(); memcpy(page_dir, kernel_page_dir, PAGE_SIZE); retorna: page_dir; 9

10 Construção do espaço de endereçamento sistemabuild_system_address_space Descrição: Entradas: Retorna: mapeia linearmente a memória física a partir do endereço virtual KERNEL_VSTART (e ao mesmo tempo o espaço de endereçamento do kernel) não tem endereço virtual (acima de KERNEL_VSTART) da page directory que define o espaço de endereçamento sistema page_table_t build_system_address_space(u32 imagestart, U32 size, int delayload) { U32 start_address KERNEL_VSTART // endereço inicial do novo espaço de endereçamento U32 end_address KERNEL_VSTART + PHYS_MEM -1 // limite do espaço de endereçamento U32 pcurr PADDR(start_address); // endereço corrente na memória física page_table_t pd alloc_page_frame_zero() // nova page directory para cada entrada i de pd que define o espaço de endereçamento sistema page_table_t pt alloc_page_frame_zero() // nova page table pd[i] { pageframe = PADDR(pt); flags = supervisor, present, read/write para cada entrada j ocupada em pt pd[i] { pageframe = pcurr; flags = user,present,read/write fim para pcurr pcurr + PGSIZE fim para retorno: pd 1

11 Construção do espaço de endereçamento- build_address_space Descrição: constrói o espaço de endereçamento de processo utilizador Entradas: mem adress_space parcialmente preenchido (já com size e sector inicial) delayload indica se se usa demand paging na alocação de page frames Saídas: mem - adress space já com endereço físico da página directoria Retorna: endereço virtual (acima de KERNEL_VSTART) da page directory que define o novo espaço de endereçamento int build_address_space(address_space_t *mem, int delayload) { U32 start_address USER_START // endereço inicial do novo espaço de endereçamento U32 end_address start_address + mem->size-1 // dimensão do novo espaço de endereçamento U32 scurr mem->image_sector // sector inicial da imagem page_table_t pd create_user_page_dir() //cópia da page directory template (kernel_page_dir) para cada entrada i de pd que define o novo espaço de endereçamento page_table_t pt alloc_page_frame_zero() // nova page table pd[i] { pageframe = PADDR(pt), flags = user, present, read/write para cada entrada j ocupada em pt se (demand paging) // delayload == 1 char *vpn alloc_page_frame_zero() // nova page frame ler sectores a partir de scurr para page frame referida em vpn pd[i] { pageframe = PADDR(vpn), flags = user,present,read/write senão pd[i] { pageframe =, flags = user,read/write fim se fim para scurr += Sectores por página fim para mem->page_dir =pd retorno: sucesso 11

12 Liberta espaço de endereçamento free_address_space Descrição: Entradas: Retorna: liberta um espaço de endereçamento identificado por uma page directory e uma dimensão espaço de endereçamento as nada void free_address_space(address_space_t *as) { U32 start_address = USER_START // endereço inicial do novo espaço de endereçamento a libertar U32 end_address = USER_START + as->size-1 // limite do espaço de endereçamento page_table_t pd page directory cópia da page directory template (kernel_page_dir) para cada entrada i de pd que define o espaço de endereçamento sistema page_table_t pt page table referida pela entrada i de pd para cada entrada j ocupada em pt free_page(page frame da entrada j) // libertar page frame fim para free_page(page frame que contem pt) fim para free_page(page frame que contem pd) 12

13 Algoritmo do page fault handler 13