頁表 Page tables

邏輯地址與物理地址的轉化

頁表是由頁表項（PTE）組成的數組。512個PTE構成一個頁表頁（Page-table page）。

PTE中包含了物理頁碼（PPN physical page number）以及一些標志，來控制物理空間塊的讀寫訪問權限。

物理地址與虛擬地址的映射為三層樹形結構，每一層存儲下一層頁表頁的地址，最后一層存儲物理地址的PTE。

(個人理解：計算機中的物理地址被邏輯性理解成了頁面+偏移量，其本質沒發生變化，依舊是某一內存單元的編號)

​ 圖 PTE的格式

代碼解析

walk函數用來獲得邏輯地址(va virtual address)的所在物理地址(pa physical address)的PTE (一般都是對整個page做操作，很少有對某個特定地址進行操作，所以是獲得該va所在page的PTE，主要操作包括對其標志位進行處理)

主要展示了邏輯地址是如何轉換成物理地址的，這是分頁機制最核心的一個部分

page和上篇exec提到的segment共同組成計算機中虛擬內存機制

// Return the address of the PTE in page table pagetable
// that corresponds to virtual address va.  If alloc!=0,
// create any required page-table pages.
//
// The risc-v Sv39 scheme has three levels of page-table
// pages. A page-table page contains 512 64-bit PTEs.
// A 64-bit virtual address is split into five fields:
//   39..63 -- must be zero.
//   30..38 -- 9 bits of level-2 index.
//   21..29 -- 9 bits of level-1 index.
//   12..20 -- 9 bits of level-0 index.
//    0..11 -- 12 bits of byte offset within the page.

//返回邏輯地址va所對應的PTE的指針
pte_t *
walk(pagetable_t pagetable, uint64 va, int alloc)
{
  if(va >= MAXVA)
    panic("walk");

  for(int level = 2; level > 0; level--) {
    //PX(level,va) 獲取level對應的PTE 如上圖的L2
    //以L2為例，這里獲得了L2在第三級頁表頁中位置編號
    //相當於物理地址的偏移量
    pte_t *pte = &pagetable[PX(level, va)];
    // PTE_V valid 表示PTE是否合法
    if(*pte & PTE_V) {
      //PTE2PA 將PTE轉換成實際的物理地址
      //這個物理地址即第二級頁表頁的起始地址
      pagetable = (pagetable_t)PTE2PA(*pte);
    } else {
      //如果PTE_V=0 說明第二級頁表頁還未創建，則創建一個 
      if(!alloc || (pagetable = (pde_t*)kalloc()) == 0)
        return 0;
      //用0填充
      memset(pagetable, 0, PGSIZE);
      //然后將PTE_V置 1
      *pte = PA2PTE(pagetable) | PTE_V;
    }
  }
 
  return &pagetable[PX(0, va)];
}

附：

typedef uint64 pte_t;
typedef uint64 *pagetable_t; // 512 PTEs

// extract the three 9-bit page table indices from a virtual address.
#define PXMASK          0x1FF // 9 bits
#define PXSHIFT(level)  (PGSHIFT+(9*(level)))
#define PX(level, va) ((((uint64) (va)) >> PXSHIFT(level)) & PXMASK)

#define PTE_V (1L << 0) // valid
#define PTE_R (1L << 1)
#define PTE_W (1L << 2)
#define PTE_X (1L << 3)
#define PTE_U (1L << 4) // 1 -> user can access

// shift a physical address to the right place for a PTE.
#define PA2PTE(pa) ((((uint64)pa) >> 12) << 10)

#define PTE2PA(pte) (((pte) >> 10) << 12)

可執行文件以節section划分部分，載入內存后，以段segment划分部分，換了個名字(大概)