QEMU分页机制分析

1 qemu页面层次划分

qemu通过定义一些宏灵活地进行分页，首先由宏TARGET_PAGE_BITS（12）确定页的大小，然后根据目标机的物理地址空间和宿主机的字长确定P_L1_BITS和V_L1_BITS，从而使得剩余部分可以被L2_BITS均分。那么如何确定P_L1_BITS和V_L1_BITS的值呢？先看下面两个宏定义：

#define P_L1_BITS_REM \

((TARGET_PHYS_ADDR_SPACE_BITS - TARGET_PAGE_BITS) % L2_BITS)

#define V_L1_BITS_REM \

((L1_MAP_ADDR_SPACE_BITS - TARGET_PAGE_BITS) % L2_BITS)

这两个宏确定了按照L2_BITS大小均分后剩余的bit数。

再看P_L1_BITS的定义，它取决于P_L1_BITS_REM的大小，这么做得目的就是既能保证除去L1层之后，剩余长度的页面可以按照L2_BITS大小均分，也避免了L1页面尺寸太小，降低了访问效率。

#if P_L1_BITS_REM < 4

#define P_L1_BITS (P_L1_BITS_REM + L2_BITS)

#else

#define P_L1_BITS P_L1_BITS_REM

#endif

V_L1_BITS定义的思想与P_L1_BITS完全一致，如下：

#if V_L1_BITS_REM < 4

#define V_L1_BITS (V_L1_BITS_REM + L2_BITS)

#else

#define V_L1_BITS V_L1_BITS_REM

#endif

P_L1_SHIFT和V_L1_SHIFT分别表示除去L1层与页宽后剩余的物理空间与虚拟地址宽度。从P_L1_BITS与V_L1_BITS定义不难看出这两个宏模L2_BITS的值恰好为0。

#define P_L1_SHIFT (TARGET_PHYS_ADDR_SPACE_BITS - TARGET_PAGE_BITS - P_L1_BITS)

#define V_L1_SHIFT (L1_MAP_ADDR_SPACE_BITS - TARGET_PAGE_BITS - V_L1_BITS)

2 页的查找与分配

这里以虚拟页的查找与分配为例进行说明，L1层采用静态分配，最底层是指向PageDesc的指针。

static void *l1_map[V_L1_SIZE];

static PageDesc *page_find_alloc(tb_page_addr_t index, int alloc)

{//假如页地址为addr，参数index为addr >> TARGET_PAGE_BITS

//参数alloc非零时表示待查找的页不存在时动态进行分配，否则返回NULL

PageDesc *pd;

void **lp;

int i;

...

//找出indexL1层对应的位置

lp = l1_map + ((index >> V_L1_SHIFT) & (V_L1_SIZE - 1));

//最底层页面分配的是PageDesc元素，所以需单独处理

for (i = V_L1_SHIFT / L2_BITS - 1; i > 0; i--) {

void **p = *lp;

if (p == NULL) {

if (!alloc) {

return NULL;

}

ALLOC(p, sizeof(void *) * L2_SIZE);

*lp = p;

}

lp = p + ((index >> (i * L2_BITS)) & (L2_SIZE - 1));

}

pd = *lp;

if (pd == NULL) {

if (!alloc) {

return NULL;

}

ALLOC(pd, sizeof(PageDesc) * L2_SIZE);//动态分配最底层页面

*lp = pd;

}

#undef ALLOC

//返回最底层页面相应位置的PageDesc指针

return pd + (index & (L2_SIZE - 1));

}

下面举例说明一下，假设L1_MAP_ADDR_SPACE_BITS为32，那么

V_L1_BITS_REM=((L1_MAP_ADDR_SPACE_BITS - TARGET_PAGE_BITS) % L2_BITS)=0.

V_L1_BITS=L2_BITS

V_L1_SHIFT=(L1_MAP_ADDR_SPACE_BITS - TARGET_PAGE_BITS - V_L1_BITS)=10

调用page_find_alloc函数时，如果参数alloc非零，其中的for循环不会执行，因为

i = V_L1_SHIFT / L2_BITS - 1=0，不满足i>0的条件。

这时我们可以看到32位虚地址空间的页共分配了两层，第一层大小为2^10，其内容是指向下一层的指针；第二层大小也为2^10，其内容是PageDesc；

qemu的这种实现方法可以兼容各种长度的宿主与目标机长度，程序代码不用做任何修改。