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OS-10-high-addr.md
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title: 操作系统(10) - 跳转高址
createTime: 2025/7/12
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请注意：这一章是重构章，因此主要以修改记录的方式来呈现。
## 为什么要跳转到高地址？
我们即将进入用户模式。为了不让用户意外访问内核地址（会触发 #GPF），就要给内核搬个家。
## 分离虚拟地址与物理地址
首先，我们之前内核的写法是虚拟地址、物理地址不分的。我们必须区分二者，才能适应高地址映射。
核心代码是一个转换函数：
```c
typedef uint64_t PhysicalAddress;
static inline void* phys2virt(PhysicalAddress phys){
return (void*) phys; // 暂时为恒等映射
}
```
::: code-tree title="incenterOS" height="600px"
```c title="src/kernel /paging.c"
PageTable kernel_pml4; // 内核页表根
PageTable alloc_table(){
PageTable page = (PageTable) alloc_page();
if (!page) {
PhysicalAddress alloc_table(){
PhysicalAddress page_phys = alloc_page();
if (!page_phys) {
raise_err("[ERROR] Cannot alloc new page!");
}
PageTable page = (PageTable) phys2virt(page_phys);
memset(page, 0, PAGE_SIZE);
return page;
return page_phys;
}
PageTable get_or_alloc_table_of(PageTableEntry* entry, uint64_t flags) {
if (!(entry->present)) {
void *table = alloc_table();
entry->value = ((uint64_t)table) | flags;
PhysicalAddress table_phys = alloc_table();
entry->value = table_phys | flags;
}
return (uint64_t*)(entry->value & ~(PAGE_SIZE-1));
return (uint64_t*) phys2virt(entry->value & ~(PAGE_SIZE-1));
}
...
void paging_set_root(){
kernel_pml4 = alloc_table();
kernel_pml4 = phys2virt(alloc_table());
if (!kernel_pml4){
raise_err("[ERROR] Cannot alloc PML4 table.");
}
```
```c title="src/kernel /pmm_alloc.c"
void* alloc_page(){
PhysicalAddress alloc_page(){
for (size_t i = last_pos; i < MAX_PAGE_COUNT; i++){
if (!test_bit(page_bitmap, i)){
set_bit(page_bitmap, i);
last_pos = i + 1;
return (void*) (i * PAGE_SIZE);
return i * PAGE_SIZE;
}
}
return NULL;
return 0;
}
void free_page(size_t addr){
void free_page(PhysicalAddress addr){
...
}
```
```c title="src/kernel/kmalloc.c"
void *addr = alloc_page();
void *addr = phys2virt(alloc_page());
```
:::
## 在 Bootloader 设置页表
内核自己把自己挪到高地址是非常困难的。因此，我们要将页表的构建前移到 bootloader。
请注意：CR3 要在最后设置。
::: code-tree title="incenterOS" height="600px"
```c title="src/bootloader/paging_adapter.c"
#include "output.h"
#include "err.h"
#include "efi.h"
void raise_err(char *err){
for (; *err; err++){
PutChar((CHAR16){*err, 0});
}
Err(L"");
}
EFI_PHYSICAL_ADDRESS alloc_page(){
EFI_STATUS status;
EFI_PHYSICAL_ADDRESS Memory;
status = gBS->AllocatePages(
AllocateAnyPages, // 分配任意可用页
EfiLoaderData,
1,
&Memory // 返回分配的物理地址
);
if (EFI_ERROR(status)) {
return 0;
}
return Memory;
}
```
```c title="src/bootloader/bootloader.c"
void init_paging(BootInfo boot_info);
EFI_STATUS EFIAPI
efi_main(EFI_HANDLE ImageHandle, EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable) {
...
PutStr(L"[BOOT] Initalizing paging...\r\n");
UINT64 MemSize = GetMemSize();
paging_set_root();
...
BI.mem.phys_mem_size = GetMemSize();
BI.pml4_phys = pml4_phys;