P2V背后的机制是什么，Xv6中的V2P宏

Question

我知道虚拟地址如何变成物理地址有一种映射机制。

如下所示，线性地址包含三个部分

1. 页目录索引
2. 页表索引
3. 偏移

图示如下：

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现在，当我查看Memylayout.h中的Xv6源代码时

#define V2P(a) (((uint) (a)) - KERNBASE)
#define P2V(a) (((void *) (a)) + KERNBASE)

#define V2P_WO(x) ((x) - KERNBASE)    // same as V2P, but without casts
#define P2V_WO(x) ((x) + KERNBASE)    // same as P2V, but without casts

在不执行地址转换过程的情况下，V2P或P2V如何正确工作？

Answer 1

V2P和P2V宏所做的事情并不比你想象的要多。它们只是减去并添加标记为2GB的KERNBASE常量。

您似乎正确地理解了MMU的硬件映射机制。映射规则由每个进程页表保存。这些表构成进程的虚拟空间。

具体来说，在XV6中，正在构建进程的虚拟空间结构(通过适当的映射)，如下所示：

如上图所示，XV6专门构建进程的虚拟地址空间，以便2GB-4GB虚拟地址映射到0到PHYSTOP物理地址(分别)。正如XV6官方评论中所解释的：

Xv6包含内核在每个进程的页面表中运行所需的所有映射；这些映射都出现在KERNBASE上面。它将虚拟地址KERNBASE:KERNBASE+PHYSTOP映射到0:PHYSTOP。

还具体说明了作出这项决定的动机：

这种映射的一个原因是内核可以使用自己的指令和数据。另一个原因是内核有时需要能够编写给定的物理内存页，例如在创建页表页时；让每个物理页都出现在可预测的虚拟地址上，这很方便。

换句话说，因为内核使所有页面表将2GB虚拟映射为0物理(并且一直到PHYSTOP)，所以我们可以很容易地找到超过2GB的虚拟地址的物理地址。例如:虚拟地址0x10001000的物理地址很容易找到:它是0x00001000，我们只需减去2GB，因为这就是我们映射它的方式。

这种“解决方案”可以帮助内核轻松地完成转换，例如，用于构建和操作页表(需要计算物理地址并将其写入内存)。

当然，上面的“解决办法”不是免费的，因为这使我们浪费了宝贵的虚拟地址空间(2GB )，因为现在每个物理地址至少已经有一个虚拟地址了。即使我们永远不会使用它。这使得真正的进程只剩下整个虚拟地址留下的2GB (总共是4GB，因为我们使用32位来计数地址)。XV6的官方评论也对此作了解释：

这种安排的一个缺点是xv6不能使用超过2GB的物理内存。

我建议您在“”标题下的XV6评论中阅读更多关于这种方式的内容。XV6评论