MMU复习--Apple的学习笔记

一，前言

以前看过MMU，因为这是单片机OS中没有的，当时我记得理解的不是很清晰，包括MMU中哪部分是硬件的，哪部分是软件的都没有太搞清楚。由于看了一个自己写linux操作系统的视频，里面有介绍MMU，且演示了虚拟地址和物理地址的转换，此时我才深刻的理解了，所以在看qemu源码的内存管理前，我先复习下linux的内存管理，本章blog主要复习MMU。

二，分析

1. 逻辑地址通过分段形成了线性地址空间（由虚拟地址构成），然后虚拟地址通过分页机制MMU转换到物理地址。

2. 线性地址空间，段的base地址+offset0作为线性地址空间的start，base地址+限长度，也就是这个进程可用的最大size。这就是线性地址空间的概念，它由一个段中GDT的线性地址最大构成。
3. 段Base地址+偏移=某一个虚拟地址，即可以找到某个字节。但是这个字节如何映射到物理地址中某个字节呢？就是通过分页机机制(MMU)。虚拟地址（逻辑地址）也可以叫线性地址。
4. 拿x86的芯片举例GDTR寄存器保存了GDT的首地址+界限(总描述符字节长度)，GDT数据结构的8字节内容。选择子是13bit，也就是2^13=8192个选择。

5. 关于分页中，页目录和页表的最后12bit是属性位，主要是有效属性，可读写属性，权限属性，脏页，可访问等。

6. 有了分段为什么还要有分页？分段和分页比较大的2个区别是，分页是固定4K的，分段可以设置任意大小，分段最大仅8192项。所以可以理解为仅用分段比较浪费内存，分页就变成更小颗粒度了，后来除了伙伴算法还发明了slub技术比分页的颗粒度更小的object来分配内存。另外一个重要的原因是考虑到fork的机制包括了复制内存表，但是不同的进程缺有不同的物理空间，主要就是靠分页不同。 

三，小结

本次我了解了MMU的实现方式，那么就很容易的区分了MMU技术中哪些是硬件实现的，哪些是软件实现的。软件其实就是要构建GDT表保存在内存物理地址中，然后芯片硬件中有GDTR等base地址的寄存器用来保存GDT表的首地址，按上图的段选择符也是一个寄存器，偏移量也是一个寄存器。分页中有类似的寄存器用来保存表页的首地址和offset等信息，那么芯片硬件就可以计算出物理地址了。

所以开启了MMU功能，只要填充完分段和分页表的内容到内存且写入相关寄存器后，当软件代码写入一个虚拟地址，硬件会自动写入到对应的物理地址中。而我以前没有搞清楚，导致我无法思考它是如何实现的原因是不了解这些内核寄存器。arm芯片的话主要是TTBR寄存器。