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L4-Linux のメモリ管理における問題点とその解決策
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x86 のページング機構 1024 x 1024 x 4 K = 4 G x86 1024 1024 page table CR3
page directory table
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話（図）を簡単にするために ページ・サイズを ２５６KB とする 仮想アドレス空間を ２GB に制限する
一層(８エントリ)のページ・テーブル １GB の RAM を使うものとする ４ページの物理ページ
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仮想空間とページ・テーブル 仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル 0x30000000 0x00000000
仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル 0x 0x 0x 1 GB 0x 2 GB
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プロセスとページ・テーブル 各プロセスはそれ自身の仮想空間を持つ ページ・テーブル O GB 3 2 process 1 1 GB 2 GB
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ユーザ空間とカーネル空間 仮想空間はユーザ空間とカーネル空間から成る User Kernel ページ・テーブル CR3 O GB 1 GB
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カーネル空間のマッピング 仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル User Code Linux Kern 0x30000000
仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル User Code Linux Kern 0x User Code 1 GB Linux Kern 0x 0x 0x 2 GB 0x
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仮想空間に関連する Linux のシステム・コール
mlockall() プロセスの実行に必要な全てのページをメモリ常駐にする。 mmap() デバイスのメモリをプロセスの仮想空間にマップする。 clone() スレッド（メモリ空間を共有するプロセス）を生成する。 …
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mlockall() 仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2
仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2 0x page 3 page 3 0x 0x 1 GB Linux Kern 0x 0x 0x 2 GB 0x
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mlockall() 仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2 page 2
仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2 page 2 0x page 3 page 3 0x page 1 0x 1 GB Linux Kern 0x 0x 0x 2 GB 0x
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mmap() 仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2 0x30000000
仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2 0x page 3 page 3 0x 0x 1 GB Linux Kern 0x VME 0x 0x Universe 2 GB 0x
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mmap() 仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2 0x3000000
仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル page 1 Linux Kern page 2 0x page 3 page 3 0x VME 0x 1 GB Linux Kern 0xfc000000 0x VME 0x 0x Universe 2 GB 0x
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clone() ページ・テーブルを共有するプロセスを生成する ページ・テーブル O GB User 1 GB Kernel 2 GB
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clone() ページ・テーブルを共有するプロセスを生成する ページ・テーブル O GB User 1 GB Kernel 2 GB
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Linux と L4-Linux の比較 Linux は L4 タスクの１つ User Code Linux Server Linux
Kernel L4 Kernel
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Linux Server の page table
仮想空間 物理メモリ O GB ページ・テーブル L4 Kern Linux Linux 0x 0x 0x 1 GB L4 Kern 0x 0x 0x 0x 2 GB 0x
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システム・コール 例えば getpid() の場合 Linux Server User Code User Code Linux L4 L4
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プロセス切替を伴う場合 例えば read() で休眠するとき User Linux read() Linux L4
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L4-Linux におけるメモリ管理 ページ・テーブルはどこにある？ User Linux Linux L4
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L4-Linux におけるメモリ管理 ページ・テーブルの２重構造 User Linux Linux L4 CR3 CR3
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２つのページ・テーブルに対する操作 はじめにページ・フォルトありき User Linux Code access page fault
IPC(receive)
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２つのページ・テーブルに対する操作 何をどうするかは全て Linux サーバが決める User Linux Code
IPC(receive)
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２つのページ・テーブルに対する操作 何をどうするかは全て Linux サーバが決める User Linux Code page in
IPC(receive)
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２つのページ・テーブルに対する操作 マッピングを実現するのは L4 カーネル Linux IPC(receive) IPC(send)
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L4-Linux と mlockall() 全てのページが読み込まれた後も、、、 User Linux Code mlockall()
page in User Code Linux mlockall()
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L4-Linux と mlockall() 本物のページ・テーブルは空っぽのまま User Linux Code mlockall()
return 0
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L4-Linux と mmap() Linux のページ・テーブルを書き換えても、、、 User Code Linux mmap()
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L4-Linux と mmap() 本物のページ・テーブルには反映されない User Code Linux mmap() return 0
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L4-Linux における clone() 各スレッドが独自のページ・テーブルを持つ User Linux Server Linux L4
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L4-Linux における clone() 各スレッドが独自のページ・テーブルを持つ User Linux Server Linux L4
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問題点の整理 Linux が管理・操作する仮のページ・テーブルと L4 の中にある本物のページ・テーブルの２つが存在する。
前者に対する操作が後者に反映される機会はプロセスがページ・フォルトを起こした時であり、その時だけである。 リアルタイム・プロセスにするためには、実行開始前に本物のページ・テーブルを論理的なページ・テーブルに従って埋め尽くしておく必要がある。
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２つのページ・テーブルに対する操作 マッピングを実現するのは L4 カーネル Linux IPC(receive) IPC(send)
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２つのページ・テーブルを 一致させるための追加機能
相手の同意なしに一方的にマップする機能 Linux process fpage_map()
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２つのページ・テーブルを 一致させるための追加機能
Linux のページ・テーブルの内容を掃き出させる Scan Linux process fpage_map() mflush()
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２つのページ・テーブルを 一致させるための追加機能
Linux のページ・テーブルの内容を掃き出させる Scan Linux process fpage_map() mflush()
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２つのページ・テーブルを 一致させるための追加機能
Linux のページ・テーブルの内容を掃き出させる Scan Linux process fpage_map() mflush()
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２つのページ・テーブルを 一致させるための追加機能
Linux のページ・テーブルの内容を掃き出させる Linux process mflush() return 0
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