linux/mm/memory.c

/* passed
 *  linux/mm/memory.c
 *
 *  (C) 1991  Linus Torvalds
 */
#include <set_seg.h>

/*
 * 需求加載是從01.12.91 開始編寫的- 在程序編制表中似乎是最重要的程序，
 * 并且應(yīng)該是很容易編制的- linus
 */

/*
 * OK饰恕，需求加載是比較容易編寫的训枢，而共享頁面卻需要有點(diǎn)技巧咆爽。共享頁面程序是
 * 02.12.91 開始編寫的，好象能夠工作- Linus睬罗。
 *
 * 通過執(zhí)行大約30 個(gè)/bin/sh 對(duì)共享操作進(jìn)行了測(cè)試：在老內(nèi)核當(dāng)中需要占用多于
 * 6M 的內(nèi)存诗赌，而目前卻不用。現(xiàn)在看來工作得很好盔沫。
 *
 * 對(duì)"invalidate()"函數(shù)也進(jìn)行了修正- 在這方面我還做的不夠医咨。
 */

// 信號(hào)頭文件。定義信號(hào)符號(hào)常量架诞，信號(hào)結(jié)構(gòu)以及信號(hào)操作函數(shù)原型拟淮。
#include <signal.h>

// 系統(tǒng)頭文件。定義了設(shè)置或修改描述符/中斷門等的嵌入式匯編宏谴忧。
#include <asm/system.h>

// 調(diào)度程序頭文件很泊，定義了任務(wù)結(jié)構(gòu)task_struct、初始任務(wù)0 的數(shù)據(jù)俏蛮，
// 還有一些有關(guān)描述符參數(shù)設(shè)置和獲取的嵌入式匯編函數(shù)宏語句撑蚌。
#include <linux/sched.h>
// head 頭文件，定義了段描述符的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)搏屑，和幾個(gè)選擇符常量。
#include <linux/head.h>
// 內(nèi)核頭文件粉楚。含有一些內(nèi)核常用函數(shù)的原形定義辣恋。
#include <linux/kernel.h>

void do_exit(long code);// 進(jìn)程退出處理函數(shù)，在kernel/exit.c模软。

//// 顯示內(nèi)存已用完出錯(cuò)信息伟骨，并退出。
static _inline void oom(void)
{
    printk("out of memory\n\r");
    do_exit(SIGSEGV);// do_exit()應(yīng)該使用退出代碼燃异，這里用了信號(hào)值SIGSEGV(11)
                        // 相同值的出錯(cuò)碼含義是“資源暫時(shí)不可用”携狭，正好同義。
}

// 刷新頁變換高速緩沖宏函數(shù)回俐。
// 為了提高地址轉(zhuǎn)換的效率逛腿，CPU 將最近使用的頁表數(shù)據(jù)存放在芯片中高速緩沖中。
// 在修改過頁表信息之后仅颇，就需要刷新該緩沖區(qū)单默。這里使用重新加載頁目錄基址
// 寄存器cr3 的方法來進(jìn)行刷新。下面eax = 0忘瓦，是頁目錄的基址搁廓。
//#define invalidate() \
//__asm__("movl %%eax,%%cr3"::"a" (0))
#define invalidate() \
_asm{_asm xor eax,eax _asm mov cr3,eax}

/* 下面定義若需要改動(dòng)，則需要與head.s 等文件中的相關(guān)信息一起改變 */
// linux 0.11 內(nèi)核默認(rèn)支持的最大內(nèi)存容量是16M耕皮，可以修改這些定義以適合更多的內(nèi)存境蜕。
#define LOW_MEM 0x100000    // 內(nèi)存低端（1MB）。
#define PAGING_MEMORY (15*1024*1024)// 分頁內(nèi)存15MB凌停。主內(nèi)存區(qū)最多15M粱年。
#define PAGING_PAGES (PAGING_MEMORY>>12)// 分頁后的物理內(nèi)存頁數(shù)。
#define MAP_NR(addr) (((addr)-LOW_MEM)>>12)// 指定物理內(nèi)存地址映射為頁號(hào)苦锨。
#define USED 100// 頁面被占用標(biāo)志逼泣。

// 該宏用于判斷給定地址是否位于當(dāng)前進(jìn)程的代碼段中趴泌。
#define CODE_SPACE(addr) \
((((addr)+4095)&~4095) < current->start_code + current->end_code)

static unsigned long HIGH_MEMORY = 0;// 全局變量，存放實(shí)際物理內(nèi)存最高端地址拉庶。

// 復(fù)制1 頁內(nèi)存（4K 字節(jié)）嗜憔。
//#define copy_page(from,to) \
//__asm__("cld ; rep ; movsl"::"S" (from),"D" (to),"c" (1024):"cx","di","si")
#define copy_page(from,to) _copy_page((void *)(from),(void *)(to))
_inline void _copy_page(void *from, void *to)
{_asm{
    pushf
    mov ecx,1024 
    mov esi,from 
    mov edi,to 
    cld 
    rep movsd 
    popf
}}

// 內(nèi)存映射字節(jié)圖(1 字節(jié)代表1 頁內(nèi)存)，每個(gè)頁面對(duì)應(yīng)
// 的字節(jié)用于標(biāo)志頁面當(dāng)前被引用（占用）次數(shù)氏仗。
static unsigned char mem_map [ PAGING_PAGES ] = {0,};

/*
 * 獲取首個(gè)(實(shí)際上是最后1 個(gè):-)物理空閑頁面吉捶，并標(biāo)記為已使用。如果沒有空閑頁面皆尔，
 * 就返回0呐舔。
 */
//// 取物理空閑頁面。如果已經(jīng)沒有可用內(nèi)存了慷蠕，則返回0珊拼。
// 輸入：%1(ax=0) - 0；%2(LOW_MEM)流炕；%3(cx=PAGING PAGES)澎现；%4(edi=mem_map+PAGING_PAGES-1)。
// 輸出：返回%0(ax=頁面起始地址)每辟。
// 上面%4 寄存器實(shí)際指向mem_map[]內(nèi)存字節(jié)圖的最后一個(gè)字節(jié)剑辫。本函數(shù)從字節(jié)圖末端開始向前掃描
// 所有頁面標(biāo)志（頁面總數(shù)為PAGING_PAGES），若有頁面空閑（其內(nèi)存映像字節(jié)為0）則返回頁面地址渠欺。
// 注意妹蔽！本函數(shù)只是指出在主內(nèi)存區(qū)的一頁空閑頁面，但并沒有映射到某個(gè)進(jìn)程的線性地址去挠将。后面
// 的put_page()函數(shù)就是用來作映射的胳岂。
unsigned long get_free_page(void)
{
//  unsigned long __res = mem_map+PAGING_PAGES-1;
    __asm {
        pushf
        xor eax, eax
        mov ecx,PAGING_PAGES
//      mov edi,__res 
        mov edi,offset mem_map + PAGING_PAGES - 1
        std
        repne scasb     // 方向位置位，將al(0)與對(duì)應(yīng)(di)每個(gè)頁面的內(nèi)容比較捐名，
        jne l1      // 如果沒有等于0 的字節(jié)旦万，則跳轉(zhuǎn)結(jié)束（返回0）。
        mov byte ptr [edi+1],1  // 將對(duì)應(yīng)頁面的內(nèi)存映像位置1镶蹋。
        sal ecx,12  // 頁面數(shù)*4K = 相對(duì)頁面起始地址成艘。
        add ecx,LOW_MEM // 再加上低端內(nèi)存地址，即獲得頁面實(shí)際物理起始地址贺归。
        mov edx,ecx // 將頁面實(shí)際起始地址 -> edx 寄存器淆两。
        mov ecx,1024    // 寄存器ecx 置計(jì)數(shù)值1024。
        lea edi,[edx+4092]// 將4092+edx 的位置 -> edi(該頁面的末端)拂酣。
        rep stosd   // 將edi 所指內(nèi)存清零（反方向秋冰，也即將該頁面清零）。
//      mov __res,edx   // 將頁面起始地址 -> __res（返回值）婶熬。
        mov eax,edx
    l1: popf
    }
//  return __res;// 返回空閑頁面地址（如果無空閑也則返回0）剑勾。
}
//unsigned long get_free_page(void)
//{
//register unsigned long __res asm("ax");
//
//__asm__("std ; repne ; scasb\n\t" // 方向位置位埃撵，將al(0)與對(duì)應(yīng)每個(gè)頁面的(di)內(nèi)容比較，
//  "jne 1f\n\t"    // 如果沒有等于0 的字節(jié)虽另，則跳轉(zhuǎn)結(jié)束（返回0）暂刘。
//  "movb $1,1(%%edi)\n\t"http:// 將對(duì)應(yīng)頁面的內(nèi)存映像位置1。
//  "sall $12,%%ecx\n\t"http:// 頁面數(shù)*4K = 相對(duì)頁面起始地址捂刺。
//  "addl %2,%%ecx\n\t"http:// 再加上低端內(nèi)存地址谣拣，即獲得頁面實(shí)際物理起始地址。
//  "movl %%ecx,%%edx\n\t"http:// 將頁面實(shí)際起始地址 -> edx 寄存器族展。
//  "movl $1024,%%ecx\n\t"http:// 寄存器ecx 置計(jì)數(shù)值1024森缠。
//  "leal 4092(%%edx),%%edi\n\t"http:// 將4092+edx 的位置 -> edi(該頁面的末端)。
/// "rep ; stosl\n\t"http:// 將edi 所指內(nèi)存清零（反方向仪缸，也即將該頁面清零）贵涵。
//  "movl %%edx,%%eax\n"http:// 將頁面起始地址 -> eax（返回值）。
//  "1:"
//  :"=a" (__res)
//  :"0" (0),"i" (LOW_MEM),"c" (PAGING_PAGES),
//  "D" (mem_map+PAGING_PAGES-1)
//  :"di","cx","dx");
//return __res;// 返回空閑頁面地址（如果無空閑也則返回0）腹殿。
//}

/*
 * 釋放物理地址'addr'開始的一頁內(nèi)存独悴。用于函數(shù)'free_page_tables()'。
 */
//// 釋放物理地址addr 開始的一頁面內(nèi)存锣尉。
// 1MB 以下的內(nèi)存空間用于內(nèi)核程序和緩沖，不作為分配頁面的內(nèi)存空間决采。
void free_page(unsigned long addr)
{
    if (addr < LOW_MEM) return;// 如果物理地址addr 小于內(nèi)存低端（1MB）自沧，則返回。
    if (addr >= HIGH_MEMORY)// 如果物理地址addr>=內(nèi)存最高端树瞭，則顯示出錯(cuò)信息拇厢。
        panic("trying to free nonexistent page");
    addr -= LOW_MEM;// 物理地址減去低端內(nèi)存位置，再除以4KB晒喷，得頁面號(hào)孝偎。
    addr >>= 12;
    if (mem_map[addr]--) return;// 如果對(duì)應(yīng)內(nèi)存頁面映射字節(jié)不等于0，則減1 返回凉敲。
    mem_map[addr]=0;// 否則置對(duì)應(yīng)頁面映射字節(jié)為0衣盾，并顯示出錯(cuò)信息，死機(jī)爷抓。
    panic("trying to free free page");
}

/*
 * 下面函數(shù)釋放頁表連續(xù)的內(nèi)存塊势决，'exit()'需要該函數(shù)。與copy_page_tables()
 * 類似蓝撇，該函數(shù)僅處理4Mb 的內(nèi)存塊果复。
 */
//// 根據(jù)指定的線性地址和限長(zhǎng)（頁表個(gè)數(shù)），釋放對(duì)應(yīng)內(nèi)存頁表所指定的內(nèi)存塊并置表項(xiàng)空閑渤昌。
// 頁目錄位于物理地址0 開始處虽抄，共1024 項(xiàng)走搁，占4K 字節(jié)。每個(gè)目錄項(xiàng)指定一個(gè)頁表迈窟。
// 頁表從物理地址0x1000 處開始（緊接著目錄空間）私植，每個(gè)頁表有1024 項(xiàng)，也占4K 內(nèi)存菠隆。
// 每個(gè)頁表項(xiàng)對(duì)應(yīng)一頁物理內(nèi)存（4K）兵琳。目錄項(xiàng)和頁表項(xiàng)的大小均為4 個(gè)字節(jié)。
// 參數(shù)：from - 起始基地址骇径；size - 釋放的長(zhǎng)度躯肌。
int free_page_tables(unsigned long from,unsigned long size)
{
    unsigned long *pg_table;
    unsigned long * dir, nr;

    if (from & 0x3fffff)// 要釋放內(nèi)存塊的地址需以4M 為邊界。
        panic("free_page_tables called with wrong alignment");
    if (!from)// 出錯(cuò)破衔，試圖釋放內(nèi)核和緩沖所占空間清女。
        panic("Trying to free up swapper memory space");
// 計(jì)算所占頁目錄項(xiàng)數(shù)(4M 的進(jìn)位整數(shù)倍)，也即所占頁表數(shù)晰筛。
    size = (size + 0x3fffff) >> 22;
// 下面一句計(jì)算起始目錄項(xiàng)嫡丙。對(duì)應(yīng)的目錄項(xiàng)號(hào)=from>>22，因每項(xiàng)占4 字節(jié)读第，并且由于頁目錄是從
// 物理地址0 開始曙博，因此實(shí)際的目錄項(xiàng)指針=目錄項(xiàng)號(hào)<<2，也即(from>>20)怜瞒。與上0xffc 確保
// 目錄項(xiàng)指針范圍有效父泳。
    dir = (unsigned long *) ((from>>20) & 0xffc); /* _pg_dir = 0 */
    for ( ; size-->0 ; dir++) {// size 現(xiàn)在是需要被釋放內(nèi)存的目錄項(xiàng)數(shù)。
        if (!(1 & *dir))// 如果該目錄項(xiàng)無效(P 位=0)吴汪，則繼續(xù)惠窄。
            continue;// 目錄項(xiàng)的位0(P 位)表示對(duì)應(yīng)頁表是否存在。
        pg_table = (unsigned long *) (0xfffff000 & *dir);// 取目錄項(xiàng)中頁表地址漾橙。
        for (nr=0 ; nr<1024 ; nr++) {// 每個(gè)頁表有1024 個(gè)頁項(xiàng)杆融。
            if (1 & *pg_table)// 若該頁表項(xiàng)有效(P 位=1)，則釋放對(duì)應(yīng)內(nèi)存頁霜运。
                free_page(0xfffff000 & *pg_table);
            *pg_table = 0;// 該頁表項(xiàng)內(nèi)容清零脾歇。
            pg_table++;// 指向頁表中下一項(xiàng)。
        }
        free_page(0xfffff000 & *dir);// 釋放該頁表所占內(nèi)存頁面觉渴。但由于頁表在
                                        // 物理地址1M 以內(nèi)介劫，所以這句什么都不做。
        *dir = 0;// 對(duì)相應(yīng)頁表的目錄項(xiàng)清零案淋。
    }
    invalidate();// 刷新頁變換高速緩沖座韵。
    return 0;
}

/*
 * 好了，下面是內(nèi)存管理mm 中最為復(fù)雜的程序之一。它通過只復(fù)制內(nèi)存頁面
 * 來拷貝一定范圍內(nèi)線性地址中的內(nèi)容誉碴。希望代碼中沒有錯(cuò)誤宦棺，因?yàn)槲也幌? * 再調(diào)試這塊代碼了 :-)
 *
 * 注意！我們并不是僅復(fù)制任何內(nèi)存塊- 內(nèi)存塊的地址需要是4Mb 的倍數(shù)（正好
 * 一個(gè)頁目錄項(xiàng)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存大星痢）代咸，因?yàn)檫@樣處理可使函數(shù)很簡(jiǎn)單。不管怎樣成黄，
 * 它僅被fork()使用（fork.c）
 *
 * 注意!!當(dāng)from==0 時(shí)呐芥，是在為第一次fork()調(diào)用復(fù)制內(nèi)核空間。此時(shí)我們
 * 不想復(fù)制整個(gè)頁目錄項(xiàng)對(duì)應(yīng)的內(nèi)存奋岁，因?yàn)檫@樣做會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存嚴(yán)重的浪費(fèi)- 我們
 * 只復(fù)制頭160 個(gè)頁面- 對(duì)應(yīng)640kB思瘟。即使是復(fù)制這些頁面也已經(jīng)超出我們的需求，
 * 但這不會(huì)占用更多的內(nèi)存- 在低1Mb 內(nèi)存范圍內(nèi)我們不執(zhí)行寫時(shí)復(fù)制操作闻伶，所以
 * 這些頁面可以與內(nèi)核共享滨攻。因此這是nr=xxxx 的特殊情況（nr 在程序中指頁面數(shù)）。
 */
//// 復(fù)制指定線性地址和長(zhǎng)度（頁表個(gè)數(shù)）內(nèi)存對(duì)應(yīng)的頁目錄項(xiàng)和頁表蓝翰，從而被復(fù)制的頁目錄和
//// 頁表對(duì)應(yīng)的原物理內(nèi)存區(qū)被共享使用光绕。
// 復(fù)制指定地址和長(zhǎng)度的內(nèi)存對(duì)應(yīng)的頁目錄項(xiàng)和頁表項(xiàng)。需申請(qǐng)頁面來存放新頁表畜份，原內(nèi)存區(qū)被共享诞帐；
// 此后兩個(gè)進(jìn)程將共享內(nèi)存區(qū)，直到有一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行寫操作時(shí)爆雹，才分配新的內(nèi)存頁（寫時(shí)復(fù)制機(jī)制）景埃。
int copy_page_tables(unsigned long from,unsigned long to,long size)
{
    unsigned long * from_page_table;
    unsigned long * to_page_table;
    unsigned long this_page;
    unsigned long * from_dir, * to_dir;
    unsigned long nr;

    // 源地址和目的地址都需要是在4Mb 的內(nèi)存邊界地址上。否則出錯(cuò)顶别，死機(jī)。
    if ((from&0x3fffff) || (to&0x3fffff))
        panic("copy_page_tables called with wrong alignment");
    // 取得源地址和目的地址的目錄項(xiàng)(from_dir 和to_dir)拒啰。參見對(duì)115 句的注釋驯绎。
    from_dir = (unsigned long *) ((from>>20) & 0xffc); /* _pg_dir = 0 */
    to_dir = (unsigned long *) ((to>>20) & 0xffc);
    // 計(jì)算要復(fù)制的內(nèi)存塊占用的頁表數(shù)（也即目錄項(xiàng)數(shù)）。
    size = ((unsigned) (size+0x3fffff)) >> 22;
    // 下面開始對(duì)每個(gè)占用的頁表依次進(jìn)行復(fù)制操作谋旦。
    for( ; size-->0 ; from_dir++,to_dir++) {
        if (1 & *to_dir)// 如果目的目錄項(xiàng)指定的頁表已經(jīng)存在(P=1)剩失，則出錯(cuò)，死機(jī)册着。
            panic("copy_page_tables: already exist");
        if (!(1 & *from_dir))// 如果此源目錄項(xiàng)未被使用拴孤，則不用復(fù)制對(duì)應(yīng)頁表，跳過甲捏。
            continue;
        // 取當(dāng)前源目錄項(xiàng)中頁表的地址 -> from_page_table演熟。
        from_page_table = (unsigned long *) (0xfffff000 & *from_dir);
// 為目的頁表取一頁空閑內(nèi)存，如果返回是0 則說明沒有申請(qǐng)到空閑內(nèi)存頁面。返回值=-1芒粹，退出兄纺。
        if (!(to_page_table = (unsigned long *) get_free_page()))
            return -1;  /* Out of memory, see freeing */
        // 設(shè)置目的目錄項(xiàng)信息。7 是標(biāo)志信息化漆，表示(Usr, R/W, Present)估脆。
        *to_dir = ((unsigned long) to_page_table) | 7;
        // 針對(duì)當(dāng)前處理的頁表，設(shè)置需復(fù)制的頁面數(shù)座云。如果是在內(nèi)核空間疙赠，則僅需復(fù)制頭160 頁，
        // 否則需要復(fù)制1 個(gè)頁表中的所有1024 頁面朦拖。
        nr = (from==0)?0xA0:1024;
        // 對(duì)于當(dāng)前頁表圃阳，開始復(fù)制指定數(shù)目nr 個(gè)內(nèi)存頁面。
        for ( ; nr-- > 0 ; from_page_table++,to_page_table++) {
            this_page = *from_page_table;// 取源頁表項(xiàng)內(nèi)容贞谓。
            if (!(1 & this_page))// 如果當(dāng)前源頁面沒有使用限佩，則不用復(fù)制。
                continue;
// 復(fù)位頁表項(xiàng)中R/W 標(biāo)志(置0)裸弦。(如果U/S 位是0祟同，則R/W 就沒有作用。如果U/S 是1理疙，而R/W 是0晕城，
// 那么運(yùn)行在用戶層的代碼就只能讀頁面。如果U/S 和R/W 都置位窖贤，則就有寫的權(quán)限砖顷。)
            this_page &= ~2;
            *to_page_table = this_page;// 將該頁表項(xiàng)復(fù)制到目的頁表中。
// 如果該頁表項(xiàng)所指頁面的地址在1M 以上赃梧，則需要設(shè)置內(nèi)存頁面映射數(shù)組mem_map[]滤蝠，于是計(jì)算
// 頁面號(hào)，并以它為索引在頁面映射數(shù)組相應(yīng)項(xiàng)中增加引用次數(shù)授嘀。
            if (this_page > LOW_MEM) {
// 下面這句的含義是令源頁表項(xiàng)所指內(nèi)存頁也為只讀物咳。因?yàn)楝F(xiàn)在開始有兩個(gè)進(jìn)程共用內(nèi)存區(qū)了。
// 若其中一個(gè)內(nèi)存需要進(jìn)行寫操作蹄皱，則可以通過頁異常的寫保護(hù)處理览闰，為執(zhí)行寫操作的進(jìn)程分配
// 一頁新的空閑頁面，也即進(jìn)行寫時(shí)復(fù)制的操作巷折。
                *from_page_table = this_page;// 令源頁表項(xiàng)也只讀压鉴。
                this_page -= LOW_MEM;
                this_page >>= 12;
                mem_map[this_page]++;
            }
        }
    }
    invalidate();// 刷新頁變換高速緩沖。
    return 0;
}

/*
 * 下面函數(shù)將一內(nèi)存頁面放置在指定地址處锻拘。它返回頁面的物理地址油吭，如果
 * 內(nèi)存不夠(在訪問頁表或頁面時(shí))，則返回0。
 */
//// 把一物理內(nèi)存頁面映射到指定的線性地址處上鞠。
// 主要工作是在頁目錄和頁表中設(shè)置指定頁面的信息际邻。若成功則返回頁面地址。
unsigned long put_page(unsigned long page,unsigned long address)
{
    unsigned long tmp, *page_table;

/* 注意!!!這里使用了頁目錄基址_pg_dir=0 的條件 */

// 如果申請(qǐng)的頁面位置低于LOW_MEM(1Mb)或超出系統(tǒng)實(shí)際含有內(nèi)存高端HIGH_MEMORY芍阎，則發(fā)出警告世曾。
    if (page < LOW_MEM || page >= HIGH_MEMORY)
        printk("Trying to put page %p at %p\n",page,address);
    // 如果申請(qǐng)的頁面在內(nèi)存頁面映射字節(jié)圖中沒有置位，則顯示警告信息谴咸。
    if (mem_map[(page-LOW_MEM)>>12] != 1)
        printk("mem_map disagrees with %p at %p\n",page,address);
    // 計(jì)算指定地址在頁目錄表中對(duì)應(yīng)的目錄項(xiàng)指針轮听。
    page_table = (unsigned long *) ((address>>20) & 0xffc);
// 如果該目錄項(xiàng)有效(P=1)(也即指定的頁表在內(nèi)存中)，則從中取得指定頁表的地址 -> page_table岭佳。
    if ((*page_table)&1)
        page_table = (unsigned long *) (0xfffff000 & *page_table);
    else {
// 否則血巍，申請(qǐng)空閑頁面給頁表使用，并在對(duì)應(yīng)目錄項(xiàng)中置相應(yīng)標(biāo)志7（User, U/S, R/W）珊随。然后將
// 該頁表的地址 -> page_table述寡。
        if (!(tmp=get_free_page()))
            return 0;
        *page_table = tmp|7;
        page_table = (unsigned long *) tmp;
    }
    // 在頁表中設(shè)置指定地址的物理內(nèi)存頁面的頁表項(xiàng)內(nèi)容。每個(gè)頁表共可有1024 項(xiàng)(0x3ff)。
    page_table[(address>>12) & 0x3ff] = page | 7;
/* 不需要刷新頁變換高速緩沖 */
    return page;// 返回頁面地址。
}

//// 取消寫保護(hù)頁面函數(shù)替废。用于頁異常中斷過程中寫保護(hù)異常的處理（寫時(shí)復(fù)制）。
// 輸入?yún)?shù)為頁表項(xiàng)指針螟炫。
// [ un_wp_page 意思是取消頁面的寫保護(hù)：Un-Write Protected。]
void un_wp_page(unsigned long * table_entry)
{
    unsigned long old_page,new_page;

    old_page = 0xfffff000 & *table_entry;// 取原頁面對(duì)應(yīng)的目錄項(xiàng)號(hào)艺晴。
// 如果原頁面地址大于內(nèi)存低端LOW_MEM(1Mb)昼钻，并且其在頁面映射字節(jié)圖數(shù)組中值為1（表示僅
// 被引用1 次，頁面沒有被共享）封寞，則在該頁面的頁表項(xiàng)中置R/W 標(biāo)志（可寫）然评，并刷新頁變換
// 高速緩沖，然后返回狈究。
    if (old_page >= LOW_MEM && mem_map[MAP_NR(old_page)]==1) {
        *table_entry |= 2;
        invalidate();
        return;
    }
    // 否則沾瓦，在主內(nèi)存區(qū)內(nèi)申請(qǐng)一頁空閑頁面。
    if (!(new_page=get_free_page()))
        oom();// Out of Memory谦炒。內(nèi)存不夠處理。
// 如果原頁面大于內(nèi)存低端（則意味著mem_map[]>1风喇，頁面是共享的）宁改，則將原頁面的頁面映射
// 數(shù)組值遞減1。然后將指定頁表項(xiàng)內(nèi)容更新為新頁面的地址魂莫，并置可讀寫等標(biāo)志(U/S, R/W, P)还蹲。
// 刷新頁變換高速緩沖。最后將原頁面內(nèi)容復(fù)制到新頁面。
    if (old_page >= LOW_MEM)
        mem_map[MAP_NR(old_page)]--;
    *table_entry = new_page | 7;
    invalidate();
    copy_page(old_page,new_page);
}   

/*
 * 當(dāng)用戶試圖往一個(gè)共享頁面上寫時(shí)谜喊，該函數(shù)處理已存在的內(nèi)存頁面潭兽，（寫時(shí)復(fù)制）
 * 它是通過將頁面復(fù)制到一個(gè)新地址上并遞減原頁面的共享頁面計(jì)數(shù)值實(shí)現(xiàn)的。
 *
 * 如果它在代碼空間斗遏，我們就以段錯(cuò)誤信息退出山卦。
 */
//// 頁異常中斷處理調(diào)用的C 函數(shù)。寫共享頁面處理函數(shù)诵次。在page.s 程序中被調(diào)用账蓉。
// 參數(shù)error_code 是由CPU 自動(dòng)產(chǎn)生，address 是頁面線性地址逾一。
// 寫共享頁面時(shí)铸本，需復(fù)制頁面（寫時(shí)復(fù)制）。
void do_wp_page(unsigned long error_code,unsigned long address)
{
#if 0
/* 我們現(xiàn)在還不能這樣做：因?yàn)閑stdio 庫(kù)會(huì)在代碼空間執(zhí)行寫操作 */
/* 真是太愚蠢了遵堵。我真想從GNU 得到libc.a 庫(kù)箱玷。 */
    if (CODE_SPACE(address))    // 如果地址位于代碼空間，則終止執(zhí)行程序陌宿。
        do_exit(SIGSEGV);
#endif
// 處理取消頁面保護(hù)锡足。參數(shù)指定頁面在頁表中的頁表項(xiàng)指針，其計(jì)算方法是：
// ((address>>10) & 0xffc)：計(jì)算指定地址的頁面在頁表中的偏移地址限番；
// (0xfffff000 &((address>>20) &0xffc))：取目錄項(xiàng)中頁表的地址值舱污，
// 其中((address>>20) &0xffc)計(jì)算頁面所在頁表的目錄項(xiàng)指針；
// 兩者相加即得指定地址對(duì)應(yīng)頁面的頁表項(xiàng)指針弥虐。這里對(duì)共享的頁面進(jìn)行復(fù)制扩灯。
    un_wp_page(
        (unsigned long *)(((address>>10) & 0xffc) + 
        (0xfffff000 & *((unsigned long *) ((address>>20) &0xffc))))
    );

}

//// 寫頁面驗(yàn)證。
// 若頁面不可寫霜瘪，則復(fù)制頁面珠插。在fork.c 第34 行被調(diào)用。
void write_verify(unsigned long address)
{
    unsigned long page;

// 判斷指定地址所對(duì)應(yīng)頁目錄項(xiàng)的頁表是否存在(P)颖对，若不存在(P=0)則返回捻撑。
    if (!( (page = *((unsigned long *) ((address>>20) & 0xffc)) )&1))
        return;
// 取頁表的地址，加上指定地址的頁面在頁表中的頁表項(xiàng)偏移值缤底，得對(duì)應(yīng)物理頁面的頁表項(xiàng)指針顾患。
    page &= 0xfffff000;
    page += ((address>>10) & 0xffc);
// 如果該頁面不可寫(標(biāo)志R/W 沒有置位)，則執(zhí)行共享檢驗(yàn)和復(fù)制頁面操作（寫時(shí)復(fù)制）个唧。
    if ((3 & *(unsigned long *) page) == 1)  /* non-writeable, present */
        un_wp_page((unsigned long *) page);
    return;
}

//// 取得一頁空閑內(nèi)存并映射到指定線性地址處江解。
// 與get_free_page()不同。get_free_page()僅是申請(qǐng)取得了主內(nèi)存區(qū)的一頁物理內(nèi)存徙歼。而該函數(shù)
// 不僅是獲取到一頁物理內(nèi)存頁面犁河，還進(jìn)一步調(diào)用put_page()鳖枕，將物理頁面映射到指定的線性地址
// 處。
void get_empty_page(unsigned long address)
{
    unsigned long tmp;

// 若不能取得一空閑頁面桨螺，或者不能將頁面放置到指定地址處宾符，則顯示內(nèi)存不夠的信息。
// 279 行上英文注釋的含義是：即使執(zhí)行g(shù)et_free_page()返回0 也無所謂灭翔，因?yàn)閜ut_page()
// 中還會(huì)對(duì)此情況再次申請(qǐng)空閑物理頁面的魏烫，見210 行。
    if (!(tmp=get_free_page()) || !put_page(tmp,address)) {
        free_page(tmp);     /* 0 is ok - ignored */
        oom();
    }
}

/*
 * try_to_share()在任務(wù)"p"中檢查位于地址"address"處的頁面缠局，看頁面是否存在则奥，是否干凈。
 * 如果是干凈的話狭园，就與當(dāng)前任務(wù)共享读处。
 *
 * 注意！這里我們已假定p !=當(dāng)前任務(wù)唱矛，并且它們共享同一個(gè)執(zhí)行程序罚舱。
 */
//// 嘗試對(duì)進(jìn)程指定地址處的頁面進(jìn)行共享操作。
// 同時(shí)還驗(yàn)證指定的地址處是否已經(jīng)申請(qǐng)了頁面绎谦，若是則出錯(cuò)管闷，死機(jī)。
// 返回1-成功窃肠，0-失敗包个。
static int try_to_share(unsigned long address, struct task_struct * p)
{
    unsigned long from;
    unsigned long to;
    unsigned long from_page;
    unsigned long to_page;
    unsigned long phys_addr;

// 求指定內(nèi)存地址的頁目錄項(xiàng)。
    from_page = to_page = ((address>>20) & 0xffc);
// 計(jì)算進(jìn)程p 的代碼起始地址所對(duì)應(yīng)的頁目錄項(xiàng)冤留。
    from_page += ((p->start_code>>20) & 0xffc);
// 計(jì)算當(dāng)前進(jìn)程中代碼起始地址所對(duì)應(yīng)的頁目錄項(xiàng)碧囊。
    to_page += ((current->start_code>>20) & 0xffc);
/* 在from 處是否存在頁目錄？ */
// *** 對(duì)p 進(jìn)程頁面進(jìn)行操作纤怒。
// 取頁目錄項(xiàng)內(nèi)容糯而。如果該目錄項(xiàng)無效(P=0)，則返回泊窘。否則取該目錄項(xiàng)對(duì)應(yīng)頁表地址-> from熄驼。
    from = *(unsigned long *) from_page;
    if (!(from & 1))
        return 0;
    from &= 0xfffff000;
// 計(jì)算地址對(duì)應(yīng)的頁表項(xiàng)指針值，并取出該頁表項(xiàng)內(nèi)容 -> phys_addr烘豹。
    from_page = from + ((address>>10) & 0xffc);
    phys_addr = *(unsigned long *) from_page;
/* 頁面干凈并且存在嗎瓜贾？ */
// 0x41 對(duì)應(yīng)頁表項(xiàng)中的Dirty 和Present 標(biāo)志。如果頁面不干凈或無效則返回携悯。
    if ((phys_addr & 0x41) != 0x01)
        return 0;
// 取頁面的地址 -> phys_addr阐虚。如果該頁面地址不存在或小于內(nèi)存低端(1M)也返回退出。
    phys_addr &= 0xfffff000;
    if (phys_addr >= HIGH_MEMORY || phys_addr < LOW_MEM)
        return 0;
// *** 對(duì)當(dāng)前進(jìn)程頁面進(jìn)行操作蚌卤。
// 取頁目錄項(xiàng)內(nèi)容 -> to实束。如果該目錄項(xiàng)無效(P=0)，則取空閑頁面逊彭，并更新to_page 所指的目錄項(xiàng)咸灿。
    to = *(unsigned long *) to_page;
    if (!(to & 1))
        if (to = get_free_page())
            *(unsigned long *) to_page = to | 7;
        else
            oom();
// 取對(duì)應(yīng)頁表地址 -> to，頁表項(xiàng)地址 to_page侮叮。如果對(duì)應(yīng)的頁面已經(jīng)存在避矢，則出錯(cuò)，死機(jī)囊榜。
    to &= 0xfffff000;
    to_page = to + ((address>>10) & 0xffc);
    if (1 & *(unsigned long *) to_page)
        panic("try_to_share: to_page already exists");
/* 對(duì)它們進(jìn)行共享處理：寫保護(hù) */
// 對(duì)p 進(jìn)程中頁面置寫保護(hù)標(biāo)志(置R/W=0 只讀)审胸。并且當(dāng)前進(jìn)程中的對(duì)應(yīng)頁表項(xiàng)指向它。
    *(unsigned long *) from_page &= ~2;
    *(unsigned long *) to_page = *(unsigned long *) from_page;
    // 刷新頁變換高速緩沖卸勺。
    invalidate();
    // 計(jì)算所操作頁面的頁面號(hào)砂沛，并將對(duì)應(yīng)頁面映射數(shù)組項(xiàng)中的引用遞增1。
    phys_addr -= LOW_MEM;
    phys_addr >>= 12;
    mem_map[phys_addr]++;
    return 1;
}

/*
 * share_page()試圖找到一個(gè)進(jìn)程曙求，它可以與當(dāng)前進(jìn)程共享頁面碍庵。參數(shù)address 是
 * 當(dāng)前數(shù)據(jù)空間中期望共享的某頁面地址。
 *
 * 首先我們通過檢測(cè)executable->i_count 來查證是否可行悟狱。如果有其它任務(wù)已共享
 * 該inode静浴，則它應(yīng)該大于1。
 */
//// 共享頁面挤渐。在缺頁處理時(shí)看看能否共享頁面
// 返回1 - 成功苹享，0 - 失敗。浴麻。
static int share_page(unsigned long address)
{
    struct task_struct ** p;

// 如果是不可執(zhí)行的得问，則返回。excutable 是執(zhí)行進(jìn)程的內(nèi)存i 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)白胀。
    if (!current->executable)
        return 0;
// 如果只能單獨(dú)執(zhí)行(executable->i_count=1)椭赋，也退出。
    if (current->executable->i_count < 2)
        return 0;
// 搜索任務(wù)數(shù)組中所有任務(wù)或杠。尋找與當(dāng)前進(jìn)程可共享頁面的進(jìn)程哪怔，
// 并嘗試對(duì)指定地址的頁面進(jìn)行共享。
    for (p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p) {
        if (!*p)// 如果該任務(wù)項(xiàng)空閑向抢，則繼續(xù)尋找认境。
            continue;
        if (current == *p)// 如果就是當(dāng)前任務(wù)，也繼續(xù)尋找挟鸠。
            continue;
        if ((*p)->executable != current->executable)// 如果executable 不等叉信，也繼續(xù)。
            continue;
        if (try_to_share(address,*p))// 嘗試共享頁面艘希。
            return 1;
    }
    return 0;
}

//// 頁異常中斷處理調(diào)用的函數(shù)硼身。處理缺頁異常情況硅急。在page.s 程序中被調(diào)用。
// 參數(shù)error_code 是由CPU 自動(dòng)產(chǎn)生佳遂，address 是頁面線性地址营袜。
void do_no_page(unsigned long error_code,unsigned long address)
{
    int nr[4];
    unsigned long tmp;
    unsigned long page;
    int block,i;

    address &= 0xfffff000;// 頁面地址。
// 首先算出指定線性地址在進(jìn)程空間中相對(duì)于進(jìn)程基址的偏移長(zhǎng)度值丑罪。
    tmp = address - current->start_code;
// 若當(dāng)前進(jìn)程的executable 空荚板，或者指定地址超出代碼+數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，則申請(qǐng)一頁物理內(nèi)存吩屹，并映射
// 影射到指定的線性地址處跪另。executable 是進(jìn)程的i 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。該值為0煤搜，表明進(jìn)程剛開始設(shè)置免绿，
// 需要內(nèi)存；而指定的線性地址超出代碼加數(shù)據(jù)長(zhǎng)度宅楞，表明進(jìn)程在申請(qǐng)新的內(nèi)存空間针姿，也需要給予。
// 因此就直接調(diào)用get_empty_page()函數(shù)厌衙，申請(qǐng)一頁物理內(nèi)存并映射到指定線性地址處即可距淫。
// start_code 是進(jìn)程代碼段地址，end_data 是代碼加數(shù)據(jù)長(zhǎng)度婶希。對(duì)于linux 內(nèi)核榕暇，它的代碼段和
// 數(shù)據(jù)段是起始基址是相同的。
    if (!current->executable || tmp >= current->end_data) {
        get_empty_page(address);
        return;
    }
// 如果嘗試共享頁面成功喻杈，則退出彤枢。
    if (share_page(tmp))
        return;
// 取空閑頁面，如果內(nèi)存不夠了筒饰，則顯示內(nèi)存不夠缴啡，終止進(jìn)程。
    if (!(page = get_free_page()))
        oom();
/* 記住瓷们，（程序）頭要使用1 個(gè)數(shù)據(jù)塊 */
// 首先計(jì)算缺頁所在的數(shù)據(jù)塊項(xiàng)业栅。BLOCK_SIZE = 1024 字節(jié)，因此一頁內(nèi)存需要4 個(gè)數(shù)據(jù)塊谬晕。
    block = 1 + tmp/BLOCK_SIZE;
// 根據(jù)i 節(jié)點(diǎn)信息碘裕，取數(shù)據(jù)塊在設(shè)備上的對(duì)應(yīng)的邏輯塊號(hào)。
    for (i=0 ; i<4 ; block++,i++)
        nr[i] = bmap(current->executable,block);
// 讀設(shè)備上一個(gè)頁面的數(shù)據(jù)（4 個(gè)邏輯塊）到指定物理地址page 處攒钳。
    bread_page(page,current->executable->i_dev,nr);
// 在增加了一頁內(nèi)存后帮孔，該頁內(nèi)存的部分可能會(huì)超過進(jìn)程的end_data 位置。下面的循環(huán)即是對(duì)物理
// 頁面超出的部分進(jìn)行清零處理不撑。
    i = tmp + 4096 - current->end_data;
    tmp = page + 4096;
    while (i-- > 0) {
        tmp--;
        *(char *)tmp = 0;
    }
// 如果把物理頁面映射到指定線性地址的操作成功文兢，就返回晤斩。否則就釋放內(nèi)存頁，顯示內(nèi)存不夠姆坚。
    if (put_page(page,address))
        return;
    free_page(page);
    oom();
}

//// 物理內(nèi)存初始化尸昧。
// 參數(shù)：start_mem - 可用作分頁處理的物理內(nèi)存起始位置（已去除RAMDISK 所占內(nèi)存空間等）。
// end_mem - 實(shí)際物理內(nèi)存最大地址旷偿。
// 在該版的linux 內(nèi)核中，最多能使用16Mb 的內(nèi)存爆侣，大于16Mb 的內(nèi)存將不于考慮萍程，棄置不用。
// 0 - 1Mb 內(nèi)存空間用于內(nèi)核系統(tǒng)（其實(shí)是0-640Kb）兔仰。
void mem_init(long start_mem, long end_mem)
{
    int i;

    HIGH_MEMORY = end_mem;// 設(shè)置內(nèi)存最高端茫负。
    for (i=0 ; i<PAGING_PAGES ; i++)// 首先置所有頁面為已占用(USED=100)狀態(tài)，
        mem_map[i] = USED;// 即將頁面映射數(shù)組全置成USED乎赴。
    i = MAP_NR(start_mem);// 然后計(jì)算可使用起始內(nèi)存的頁面號(hào)忍法。
    end_mem -= start_mem;// 再計(jì)算可分頁處理的內(nèi)存塊大小。
    end_mem >>= 12;// 從而計(jì)算出可用于分頁處理的頁面數(shù)榕吼。
    while (end_mem-->0)// 最后將這些可用頁面對(duì)應(yīng)的頁面映射數(shù)組清零饿序。
        mem_map[i++]=0;
}

// 計(jì)算內(nèi)存空閑頁面數(shù)并顯示。
void calc_mem(void)
{
    int i,j,k,free=0;
    long * pg_tbl;

// 掃描內(nèi)存頁面映射數(shù)組mem_map[]羹蚣，獲取空閑頁面數(shù)并顯示原探。
    for(i=0 ; i<PAGING_PAGES ; i++)
        if (!mem_map[i]) free++;
    printk("%d pages free (of %d)\n\r",free,PAGING_PAGES);
// 掃描所有頁目錄項(xiàng)（除0，1 項(xiàng)）顽素，如果頁目錄項(xiàng)有效咽弦，則統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)頁表中有效頁面數(shù)，并顯示胁出。
    for(i=2 ; i<1024 ; i++) {
        if (1&pg_dir[i]) {
            pg_tbl=(long *) (0xfffff000 & pg_dir[i]);
            for(j=k=0 ; j<1024 ; j++)
                if (pg_tbl[j]&1)
                    k++;
            printk("Pg-dir[%d] uses %d pages\n",i,k);
        }
    }
}