Подробный обзор средств защиты страниц

Как упоминалось ранее, входы таблицы страниц содержат не только базовый адрес страницы, но и другие флажки, которые, кроме прочей информации, показывают, какие операции могут выполняться над этой страницей. Теперь рассмотрим эти флажки более подробно. Поскольку вход таблицы страниц содержит только базовый адрес страницы, а страница, естественно, выровнена по границе страницы, в архитектуре х86 младшие 12 битов этого адреса (содержащие смещение) должны быть всегда равны 0. Но эти биты не оставляют с нулевыми значениями, а применяют для кодирования дополнительных флажков, относящихся к странице, а при получении адреса страницы просто их маскируют. Ниже перечислены флажки, закодированные в этих 12 битах:

• Бит _PAGE_PRESENT (строка 11092), если он установлен, обозначает, что страница физически присутствует в оперативной памяти.
• Бит _PAGE_RW (строка 11093) бит равен 0, если страница предназначена только для чтения, или 1, если она предназначена для чтения и записи. Поэтому не существует такого понятия, как страница, предназначенная только для записи.
• Бит _PAGE_USER (строка 11094) установлен для страниц пространства пользователя и очищен для страниц пространства ядра.
• Бит _PAGE_WT (строка 11095) равен 1, когда нужно указать, что для этой страницы должны применяться правила кэша с немедленной записью, и равен 0, когда нужно указать, что должны применяться правила отложенной записи (значение по умолчанию). При немедленной записи все данные, записанные в кэш, немедленно копируются и в основную память, хотя и остаются в кэше для доступа по чтению. В отличие от этого, отложенная запись является более эффективной, поскольку предусматривает запись изменений в основную память только в случае удаления строки из кэша при освобождении места для чего-то иного. (Все это выполняет аппаратное обеспечение, а не Linux.) Ко времени написания данной книги этот бит в ядре нигде не использовался, но следует ожидать, что положение вскоре изменится. Кстати, в документации к процессору Intel этот бит именуется битом PWT, а не WT.
• Бит _PAGE_PCD (строка 11096) отключает кэширование для страницы; он не используется в коде, рассматриваемом в этой книге. (Здесь «CD» обозначает «caching disabled» — кэширование отменено.) Это способствовало бы повышению эффективности, если бы мы могли заранее знать, что страница не будет использоваться достаточно часто для того, чтобы имело смысл применять кэширование. Однако создается впечатление, что этот бит был бы более полезным для устройств ввода/вывода с отображением на оперативную память, для которых необходимо гарантировать, что запись в память, представляющую устройство, не буферизирована с помощью кэша, а влечет за собой немедленное копирование данных на устройство.
• Бит _PAGE_ACCESSED (строка 11097), если он установлен, означает, что к странице недавно выполнялся доступ. Система Linux способна устанавливать или очищать этот бит самостоятельно, но обычно эту операцию выполняет аппаратное обеспечение. Поскольку страницы, на которых этот бит очищен, не использовались в недавнем прошлом, они являются первыми кандидатами для выгрузки на диск.
• Бит _PAGE_DIRTY (строка 11098), если он установлен, означает, что содержимое страницы изменилось с того времени, когда была выполнена очистка этого бита. Это значит, что страницу нельзя просто отбросить, не записав ее содержимое в область свопинга. Этот бит устанавливается модулем MMU или системой Linux при первой записи на страницу и считывается системой Linux при удалении страницы из памяти.
• Бит _PAGE_PROTNONE (строка 11103), по-видимому, применяется в качестве средства использования неиспользовавшегося ранее бита во входе таблицы страниц для отслеживания присутствия страницы в памяти.

Биты _PAGE_4M и _PAGE_GLOBAL присутствуют в одном и том же блоке директив #define, но они не используются для защиты на уровне страницы, как и следующие биты, поэтому здесь они не рассматриваются.

Далее в этом файле описанные биты объединяются в макрокоманды более высокого уровня.