Linux ?? Intel ????????????????????

1
????

• ??? ???????

2
???????

• ??????????
• Linux ?? Intel ????????????????????
• ???? Linux ????? Intel ?????,?????????????????
• ??????
• ????????????????????
• ???????????????????????????
• ????????????????

3
??? ???????

• ?????
• ??????
• Linux????
• ??????
• Linux????
• ????
• ???????
• ??

4
?????(1)

• Intel 80x86 ??????????
• 3 ?????????
• ?????????????
• ?????? 4 GB ????????????????????
• ?????????????????????????????
• ???????????
• ????????????
• ?????,???????????????????

5
??????
6
?????(2)

• Intel ???,??????? 2 ??
• ????????????????????,?????????,??????????
• ??????,?????
• ?????????????????????
• ??????????????????????
• ?????????????????????????

7
?????(3)

• ????????????????
• ???????,??????(? GDT)????????????????????????
• ???????????,??????????????????
• ????????????????????????
• ???????????????
• ???????????????,???????????????????

8
??????(1)

• Intel ????????????????????
• ?????,Intel ???? 4G ??????????(??????????? 32 ??)
• ??????????????
• ????????????
• ?????
• ?????
• ?????

9
??????(2)

• ?????
• ??????????,?? 6 ?,??? cs?ss?ds?es?fs ? gs
• cs ???????????????
• ss ??????????????
• ds ???????????????
• ?? 3 ????????????
• cs ??????????? 2 ?CPL??(?? CPU ??????)
• ? CPL ??? 0,??????
• ? CPL ??? 3,??????
• ? Linux ????,?? CPL ???? 0 ? 3 ??????????????????

10
??????(3)

• ?????
• ???????? 8 ??????????????????,????????????????????
  ????
• ??? GDT(??????)? LDT(??????)?
• ??????????? GDT,?????????? LDT
• ?????,GDT ??????? gdtr ?????????? LDT ????? ldtr
  ???

11
???????
12
??????(4)

• ???????????
• G ???????????
• ? G ????? 1 ,????? 4K ?????????? 1 ???
• LIMIT?????????
• CPU ???????? 0 ? 15 ???? 48 ? 51 ????? 20
  ????????,??? G ????????????????
• ?? G ????? 0,??????? 1B(???)? 1MB????????? 4KB ?
  4GB
• BASE???????????
• CPU ????????? 16 ? 39 ???? 56 ? 63 ???? 32
  ??????????????
• S ??
• ????? 0,?????????????????????????????????????

13
??????(5)

• TYPE??????????????
• DPL(?????)????????????
• ??? 0 ? 3,??? 0 ???????
• D/B ??????????????
• ???????,??? 1 ?????????? 32 ??,???? 16 ??
• P ????? 1 ????????????
• ? 53 ??????????,?????? 0
• AVL?????????????? Linux ???????

14
??????(6)

• ????????????????????
• ??????????? 8 ???????????
• ??????????????????,?????????????????????????
• ?????????? GDT ? LDTCPU ???????????????
• ????????????????? GDT ? LDT ???

15
???????????
16
??????(7)

• ??????????
• ???? 13 ???????????
• TI ?????????? GDT(TI? 0)?? LDT(TI? 1)?
• RPL(?????)?? 2 ?????,?? CPU ???????(?? CPU
  ????????????)
• ???????? GDT ? LDT ????????????????? 13 ???????? 8

17
??????(8)

• ??????????????
• ?? TI ??,??????????? GDT ? LDT ?
• ????????? 8 ??? gdtr ? ldtr ?????????????
• ????????????????????????,?????????
• ????????????????????

18
????????????
19
Linux ????(1)

• Linux ???????????
• ???????????,????????,??????
• Linux ??????????????????????????????? GDT ?
• Linux ?? GDT ?? gdt_table ?????,??? gdt ?????
• ????????????(LDT),????????????? LDT
• Linux ???????,?????????????????????????????????TSS
  ???? LDT ???

20
Linux ????(2)

• TSS ??
• ?????????? I/O ???????
• ?????????????? 0xeb
• TYPE ????? 9 ? 11
• ????????????? TSS ??,? DPL ?? 0
• Linux ?? 2.4 ?,????? TSS ?????,???????????? TSS
  ??????????

21
Linux????(3)

• LDT ??
• ????? default_ldt ?,????????????
• ??????????????,??????? LDT ??,?????????????
  default_ldt ???,???????????? 7
• ?????????? LDT,???????? 4096 ??????,??????? 511
  ??????,???????? LDT ?????????? GDT ?

22
Linux????(4)

• ???????,GDT ???? TSS ??? LDT ?? 2 ?????????
• GDT ???????????? 12 2 NR_TASKS(NR_TASKS??????
  ????)
• ??????
• TSS ? LDT ???????? GDT ?
• ??????
• trap_init( ) ???? set_tss_desc(0 ,
  init_task.tss) ??????? TSS ??????? GDT ?
• ???????? copy_thread( ) ???????,????? clone( ) ?
  fork( ) ?????,??? set_tss_desc(nr ,
  (tasknr-gttss)) ???????? TSS ??

23
Linux????(5)

• CPU ?????
• ??????????????????
• ???????????? cs ??????????? RPL ????
• ??????????,??????????????
• ss ????????????????????????,???? ss
  ?????????????????

24
??????(1)

• ????
• ???????????
• ????????????????????????
• ??????????????
• ?????????????????(????????)
• ??????????
• ???????????,???????????

25
??????(2)

• ???
• ????????????????
• ????????
• ???????,?????????
• Intel ????,???? cr0 ????? PG ????????
• ? PG ?????(??? 0),??????????????????(???????)

26
??????(3)

• ??
• Intel ???????????? 4KB ?????
• 32 ????????? 3 ???
• ?? 10 ???????? 10 ????????? 12 ???????
• ??????????,?????????????,??????,?????
• ????
• ????????? cr3 ?????
• ???????????????????
• ???????????????????,???????????
• ????????????????
• ?????? 12 ???,??????? 4096 ????

27
Intel 80x86 ?????
28
??????(4)

• ?????????? 10 ???,??????????? 1024 ???
• ?????????? 1024 1024 4096 232 ??????
• ???????????????,??????
• ????
• ??? 1 ?????????????
• ??? 0 ????????????
• ????
• ???????????,????????
• ?????????????,????????

29
??????(5)

• ????
• ????????
• ??????,????????????????????,???????
• ?????????????,????????
• ????
• ?????????????(??/?????)
• ????
• ?????????????????

30
??????(6)

• PCD ? PWT ??
• ??????
• PCD ?????????????????
• PWT ????????????????
• ???????
• ? PCD ? PWT ??? 0 ,?????????????
• ??????
• ?????????
• ????? 1 ????????? 4MB ?????

31
??????(7)

• ????
• Intel ? Pentium ???????
• ???????? 4KB ? 4MB
• ????????,????? 32 ????????????
• ??? 10 ??????,?? 22 ???????
• ????????????,??? cr4 ????? PSE ??
• ??????????????????
• ???????????????,????????????????????

32
????
33
??????(8)

• ??????
• Intel ????????????????? 4 ???????
• ?? 2 ??????????
• ?????? 1????????
• ?? 0,??? CPL ?? 3 ????????
• ??? 3 ?????(????????)
• ???? 2 ?????(?????)
• ????????????????? 0,???????????????????????

34
??????(9)

• ?????
• 32 ?????,????????
• 64 ?????,???????
• ????? 16 KB,??? 214 ???
• ?????? 14 ???,?? 50 ?????????????????????????????
  ?????
• Compaqs Alpha ???
• 64 ?????,???????
• ??????? 8KB,?????? 13 ???
• ??????? 43 ???,??? 21 ???????? 0
• ??? 30 ??????????? 10 ?????(????????????)

35
Linux ??????
36
Linux ????(1)

• Linux ???????
• ?????????????????
• ??? 64 ?????
• ???????????????????
• ????????????????
• ???????????????
• ???????? 4 ???
• ??????????,????????????

37
Linux ????(2)

• ???????????????????
• ????????,??? cr3 ????????? TSS ???
• ????? TSS ?????? cr3 ?
• ?????????,??????????????
• Linux ??? 32 ??????,?????????,?????????????????
  32 ??? 64 ????????
• ???????????????? 1,??????????????

38
Linux????(3)

• ??????
• Linux ??????? asm/page.h ? asm/pgtable.h
  ??????????????????????????????,????????,??????????
  ??????????????????????????????????????????
• ??????????????????????? 32 ???????
• ???? 32 ??????????????????????

39
Linux????(4)

• ??????????????????????
• ??????????
• ???????????,?????????????????????
• ??????????????,???????????????
• ????????,?????????????

40
Linux????(5)

• ????????????,?????????
• ????????????????????,?????????????
• ???????????????????????,?????????????????????,????
  ?????????,???????????????

41
Linux????(6)

• ????
• ??????????????
• ???????????????
• Linux ??????????????? 0x00100000 ?
• ????????????? 2MB
• ?????? 0x00100000 ???????????
• ????????????
• BIOS ??? 0 ??????????????
• ? 0x000a0000 ? 0x000fffff ???????? BIOS ????
• ??????????????????? 1MB ??
• ????????????????,Linux ????????? 1MB ???

42
????? 2MB ?????
43
??? ???????

• ?????
• ????
• ????
• ????????
• ???????
• ??

44
????

• Linux ??????????? 4KB
• ??????????????,??????????????????????????????????
  ???
• 4KB ?????????????,?? 4KB ??????,??????????????????
  ???????
• ??????????????????

45
????(1)

• ????
• ???????????????????????????????????
• ??????????????????????????
• ?????????
• count ???? 0 ?????????????????
  0,?????????????????????????????

46
????(2)

• list ??????????
• ?? flags?????????
• ?? next_hash ? pprev_hash ????????
  page_hash_table ??????
• ?????????????,????????,????????????
• buffer ???????????????

47
????(3)
typedef struct page struct list_head list / ???????????? / struct address_space mapping / ?????????? inode ? / struct page next_hash atomic_t count / ???????????? / unsigned long flags struct list_head lru / ???????????? / struct page pprev_hash struct buffer_head buffers mem_map_t
48
?????????(1)
49
?????????(2)
50
????(4)

• ??????????? mem_map ???
• ?????????? 64 ???, 1MB ????? 4 ?????? mem_map ??
• MAP_NR ??????????????????,????? mem_map ?????
• ???? free_area_init() ?????????
• ??? 2 ???
• start_mem ?????????????????
• end_mem ?????????????? 1
• ?? i386_endbase ??????????????????????????
  mem_map ????
• ?? PG_reserved ? PG_DMA ???,????????????? 0

51
?????
52
????(5)

• men_init() ??
• ????? PG_reserved ???? 0,????????????????
• ???????????? 0x1000000 ???? PG_DMA ???? 0(? ISA
  DMA ?????????? 16MB ??????)
• ???????????,????????num_physpages ??????
  PG_reserved ??????
• ????????,?????????????????????????????????????????
  ???????????
• ????????????? count ???? 1,??? free_page()
  ??????? nr_free_pages ?????????????????

53
????(6)

• ?????? 4 ??????????????
• __get_free_pages (gfp_mask , order)????? 2order
  ?????
• __get_dma_pages(gfp_mask , order)???????? DMA
  ???,??????? __get_free_pages(gfp_mask
  GFP_DMA,order) ??
• __get_free_page(gfp_mask)??????,???__get_free_pag
  es(gfp_mask , 0)
• get_free_page(gfp_mask)???__get_free_page(gfp_mas
  k),??????? 0
• gfp_mask ??????????????

54
??__get_free_pages() ? gfp_mask ?????
55
????????(1)

• ?????????????????????????????, 2 ??????
• ??????????????????????
• ????????????????,Linux ??????
• ? DMA ??????????,??????????
• Linux ????????????????
• ????????????? 10 ??????????,????? 1? 2? 4? 8? 16?
  32? 64? 128? 256 ? 512 ?????
• ???????????????????????????

56
????????(2)

• ???????????
• ??????? 128 ?????,???????????? 128
  ???????????????
• ??????,????? 256 ????????
• ???,????? 128 ???????,??? 128 ????????? 128
  ??????
• ?????? 256 ?????????????,????? 512 ????????
• ???,???? 128 ????????,??? 384 ???,???? 256 ? 128
  ???,??????? 256 ????????? 128 ??????
• ????? 512 ?????????,????????????????

57
????????(3)

• ????????????,????
• ???? 2 ???? b ????????????????? 2b ???
• ????????
• ? 2 ??????
• ? 2 ????????
• ? 1 ???,? 1 ????????? 2 b 212 ???

58
????????(4)

• Linux ?? 2 ????????
• ?????? ISA DMA ???
• ??????????
• ??????????????
• ????? men_map ??
• ??????? free_area_struct????? free_area,??????????
  ???????????
• ?? free_area 0 ? free_area 1
  ????????????????,?? 10 ???
• ??? free_area 0 ?????????? ISA DMA, free_area
  1 ???? ISA DMA
• ????????????????????,??????????????(?????????)

59
??????????
60
????????(5)

• free_area 0 ? free_area 1 ????????????????
  free_area_struct ???
• ?????????????????????Linux ??? free_area_struct
  ??????????????,???????

struct free_area_struct struct page next struct page prev unsigned int map unsigned long count
61
????????(6)

• free_area 0 ? free_area 1 ????? k ??
  free_area 0/1k ??? next ? prev ???????? 2k
  ?????????
• ???????????????????????
• count ??????????????????
• map ???????????,?????????????
• ??????? 2 ??????????
• ????? 0,??? 2 ????????????????????? 1,??? 2 ????
  1 ?????
• ?? 2 ?????????????,???? 2 ?????? 2 ?????

62
??? ???????

• ?????
• ????
• ???????
• Slab ???
• Slab??
• ??

63
???????

• ?????????????????????????
• ????????,???????????????????????????
• Linux ????????????????????(???????????? 2 ???)
• ???????? 50
• Linux ?? Slab ???,????????????

64
Slab ???

• ?????????????????
• ???????????????,?????????????????????,?????????
• Slab ??????????
• ?????????????????????,?????????
• ????????????
• ?????????????,???????????? Slab
  ?????????,??????????,??????????????

65
Slab??(1)

• ????????????????????????? slab ?????
• ??????,???? Slab ?????????
• Slab ????3 ?????
• ??
• ??????? slab
• ?? 3 ????????? slab,?????? slab?????? slab?????
  slab
• slab????????????????
• ??slab ?????????

66
slab ??????
67
Slab??(2)

• ?????slab
• ????????????????????????,?????? slab
• Slab ????????????????????????? slab ????????
  slab ?????????
• ?????????????????????????? slab ?????????,?? slab
  ?????

68
Slab??(3)

• ?????????
• ??????????,??????????? slab,??? slab ??????????
  slab ???????????
• Linux ???????????
• ???????????,?????????????????????????? slab
• ??????????????(???????????????)

69
Slab??(4)

• ???????
• ????? slab ??????
• ???????????? slab??????? slab ?,??????????????
  slab
• ?????? slab ????
• ???????? slab ?????????????? slab ??,??????????
  slab ???

70
Slab??(5)

• ????????, 2 ???????
• ?????????????
• ????????????????,??????????? slab ???
• ???????????
• ????????? slab ???
• ??????? 10 ?? slab ?????????
• ???????????? 10 ?? slab,?????? slab ???????????

71
??(1)

• Intel x86 ???,Linux ?????????????
• ????????16KB????????????? 4G ????????? 4K ???
• ??
• ???????????????????????
• ?????????????????????????????
• ??????????????????,????????
• ???????????????
• ????????????????????????,?????????????,??????

72
??(2)

• ?????????
• ??????????????,???????
• Linux ????????????????,??????
• Linux ???????????????
• ??????????? 10 ????2???????
• ???????????????
• ?? 2 ?????????????,????????????
• ?????????,????????,????????????????
• Slab ???????????