頁表項(PTE)地址計算公式的解釋

轉自: http://www.pediy.com/kssd/pediy10/62497.html

在《JIURL玩玩Win2k內存篇 分頁機制 (三)》中提到計算虛擬地址對應PTE地址的公式，如下：

代碼:

PTE_Addr = (VirtualAddr >> 12) * 4 + 0xC0000000

從虛擬地址轉換到物理地址的過程來看，計算PTE需要虛擬地址的高10位做頁目錄索引，還需要第12 - 21位做頁表索引，上面的公式晃眼看起來，貌似是錯的，但是偏偏它又是對的，爲什麼捏？
其實很簡單，因爲1024個頁表被映射在0xC0000000 - 0xC03FFFFF地址中，暫且不理會頁目錄被映射到哪，只要知道頁目錄裏的1024個頁目錄項分別指向0xC0000000 - 0xC03FFFFF地址中的1024個頁表就行了（其實這是因爲頁目錄和一個頁表完全重合的原因，見《JIURL玩玩Win2k內存篇 分頁機制 (四)》），這樣就可以得到一個關係，頁目錄索引n指向的頁表就等於0xC0000000 + n * 頁表大小，一個頁表的大小是1024 * 4  = 4096 = 2的12次方，得到了頁表，在加上頁表索引就可以得到頁表項(PTE)的地址了，用公式表示就是如下：

代碼:

//爲了縮短表達式，用VA表示虛擬地址
//           頁目錄索引                  頁表索引
PTE_Addr=((VA&0xffc00000)>>22)*4096+((VA&0x3ff000)>>12)*4+0xc0000000
        =(((VA&0xffc00000)>>22)<<12)+(((VA&0x3ff000)>>12)<<2)+0xc0000000
        =((VA&0xffc00000)>>10)+((VA&0x3ff000)>>10)+0xc0000000
        =((VA&0xffc00000)+(VA&0x3ff000)>>10)+0xc0000000
        =((VA&(0xffc00000|0x3ff000))>>10)+0xc0000000
        =((VA&0xfffff000)>>10)+0xc0000000
        =(((VA&0xfffff000)>>12)<<2)+0xc0000000
        =((VA&0xfffff000)>>12)*4+0xc0000000

由於VA的低位被清零，所以上面的移位操作化簡是成立的。最後的一個表達式已經很明顯了，VA & 0xfffff000完全是多餘的，因爲始終要>>12，所以最終公式就是：

代碼:

PTE_Addr = (VirtualAddr >> 12) * 4 + 0xC0000000

combojiang兄在《透過MmIsAddressValid看Windows分頁機制》中也提到PTE的計算公式，如下：

代碼:

PTE = ((VA >> 12) << 2 ) & 0x3FFFC + 0xc0000000；

估計combojiang兄深夜發帖，意識模糊 :-)，少寫了個F，誤導了不少羣衆，還沒人指出，正確的應該是：

代碼:

PTE = ((VA >> 12) << 2 ) & 0x3FFFFC + 0xc0000000；

這裏的& 0x3FFFFC也是不必要的，& 0x3FFFFC只是將低2位清零，而<< 2後低2位本來就是0，所以等價於：

代碼:

PTE = (VA >> 12) * 4 + 0xc0000000；

上面說的都是在32位 x86 非PAE的情況下，PAE情況下略有不同，有時間再整理