系统如何选择正确的页表？答案

【问题标题】：How does the system choose the right Page Table?系统如何选择正确的页表？
【发布时间】：2012-06-08 11:33:58
【问题描述】：

让我们关注单处理器计算机系统。据我所知，当创建一个进程时，会设置页表，它将虚拟地址映射到物理内存地址空间。每个进程都有自己的页表，存储在内核地址空间中。但是MMU如何为进程选择正确的页表，因为不仅有一个进程在运行，而且会发生很多上下文切换？

感谢任何帮助！

最好，西蒙

【问题讨论】：

标签： process x86 computer-science processor computer-architecture

【解决方案1】：

处理器有一个称为页表基址寄存器 (PTBR) 的特权寄存器，在 x86 上它是 CR3。在上下文切换时，操作系统会更改 PTBR 的值，以便处理器现在知道要使用哪个页表。除了 PTBR，许多现代处理器还有地址空间编号 (ASN) 的概念。进程被赋予一个地址空间号（来自一个有限的池），并且这个 ASN 也被设置在上下文切换的寄存器中。此 ASN 用作 TLB 匹配的一部分，并允许来自多个地址空间的 TLB 条目共存。只有当一个 ASN 被重用时，才需要刷新 TLB，然后只对匹配该 ASN 的条目进行刷新。大多数 x86 实现比这更粗粒度，并且有一个全局页面的概念（用于共享库和共享数据）。

【讨论】：

【解决方案2】：

在这种情况下，MMU 完全不知道进程是什么。跟踪进程的操作系统会为每个进程生成一个页表，正如您所说，当它们被创建时。上下文切换的流程如下：

操作系统告诉 MMU 使用位于物理地址 0xFOO 的页表
操作系统对可编程中断计时器 (PIT) 进行编程，以在 BAR 毫秒后引发硬件中断。
操作系统恢复进程状态（CPU寄存器、程序计数器等）并跳转到正确的地址。
进程一直运行，直到 PIT 触发中断。
用于处理 PIT 中断的操作系统例程然后保存程序状态（寄存器等），使用调度算法确定下一个要运行的进程（在简单的情况下，循环链表），然后启动在第 1 步结束。

我希望这可以消除您的任何疑问。简短的回答：MMU 与进程无关，不知道进程是什么。

【讨论】：

感谢您的快速回复。所以你说操作系统会在每次上下文切换时刷新和恢复页表？
@user1435023 本质上。操作系统以指针的形式告诉 MMU 表在物理内存中的位置，然后 MMU 处理 TTL 的刷新和其他硬件任务。根据 MMU，操作系统可能对底层细节有更细粒度的控制，但这并不是绝对必要的。在最简单的层面上，操作系统所关心的只是告诉 MMU 使用哪个页表。
@user1435023 更正：上面的意思是TLB，不是 TTL。 Nathan Binkert 回答了更多关于 TLB 方面的问题