windows的页自映射机制

windows下由于启用了页机制，所有软件层面的地址操作都是VA，通过descriptor(base address(32bit))+offset得到的线性地址并不直接对应物理地址，而是经过页转换机构再做一次转换得到物理地址，这样的转换是硬件提供的能力，转换过程被说的比较多了，大体是通过cr3寄存器得到page direcotry的物理地址，Vitrual Address的高10位就是一个(pde)page direcotry entry的index,或许可以像这样表示cr3[VA>>22],一个pde又指向了一个page table,VA接下来的10bit就是page table中的一个索引，即一条pte(page talbe entry),pte中存放了page的地址，低12位就是在前述转换过程中得到的page中的offset。

需要特别说明的是，pde and pte中存放的是物理帧号（physical frame number）位于pde or pte的高20bit，也就是说可以表示1M个物理帧，每个物理帧大小是4kb，这样就可以表示4GB的内存。

说了半天还没到自映射机制，前面说的都是硬件提供的能力，只要是拿到一个VA硬件层面都进行相同的转换步骤，windows要做内存管理，就需要维护page directory和 page tables，如何通过一个VA得到它所在的页的VA以及所在的页表的VA呢？

微软提供了下面几个宏处理给定的VA

#define MiGetPdeAddress(VA)  ((PMMPTE)(((((ULONG)(VA)) >> 22) << 2) + PDE_BASE))//此处PDE_BASE为0xc0300000（这也是一个VA，经页转换后得到的是PD的起始地址，下面就是所谓的自映射了，页转换机构利用VA的高十位（0x300）索引到一个PDE,这个PDE的特别之处是并没有指向一个page table而是指向了page directory的起始地址，一个PD占据一页，一个PT也占据一页），继续把page directory作为一个page table，再用VA的中间10位（还是0x300）又索引到了page directory的起始位置，低12位是0，即offset为0，最终得到的就是Page Directory的起始地址。那么VA先右移22，再左移2（相当于乘以4）加上PDE_BASE经过得到一个VA，经过两次自映射，加上offset后，得到的物理地址就是PDE的物理地址。

#define MiGetPteAddress(va) ((PMMPTE)(((((ULONG)(va)) >> 12) << 2) + PTE_BASE))
这里的PTE_BASE是一个常量，为0xC0000000,也就是说page directory entry的索引(0x300)仍然索引到page directory的起始位置,和上面的宏一样，又是一次自映射。

#define MiGetVirtualAddressMappedByPte(PTE) ((PVOID)((ULONG)(PTE) << 10))//如果是给了一个VA，想要得到所在page的起始地址，只需将VA的低12位清零就可以得到VA所在页的VA，但这里给的是PTE（相当于(*PDE)），因为pte的高十位总是指向PD的起始位置，左移10位之后就相当于取消了这次自映射，当然这里的转换只对利用自映射的va有效。

再说一下，exe载入内存的时候，如何建立描述符，首先根据image的大小分配若干页的内存，这里假设image 在内存中占80kb，基址是0x00400000h,系统共分配20页的内存，起始页的VA假设是1110010000|1101110000|000000000000b(pde index(0x390):pte index(0x370):offset(0x0)),则descriptor.base+00400000h=E4370000h->descriptor.base=E3F70000h,那么code段描述符中的基址就可以根据其相对于00400000h的偏移加上E4370000h得到，比如code段的va是00401000h，那么他的描述符中的基址为E3F71000h，正好是从内存中image的第2页开始。更进一步，将新建code段描述符在GDT中的index(选择子)载入到cs,程序就可以运行了。

总起来说，硬件的转换机制并没有改变，只是windows利用硬件提供的这种能力使自己能方便的维护PD和PT

经过后来的相关资料的学习，PDE_BASE这个值是一个线性地址，微软通过一个宏来指定他的值，而CR3总的值一定是物理地址，并且在切换进程的时候这个值是会改变的

另外描述符实际上是对PE中的VA进行了一层包装

VA:vitual address

PTE:page table entry

PDE:page directory entry

PD:page directory

PT:page table