从零写OS（十七）：每个进程有自己的地址空间

Thu, 07 May 2026 00:00:00 +0000

前几章的进程共享同一张页表——所有进程看到的是同一片内存。这意味着进程 A 知道进程 B 的地址，就能直接读写它的数据。一个 bug 就能破坏整个系统。

这一章解决这个问题：给每个进程一张自己的页表，互相看不见彼此的内存。

切换页表就是切换世界

x86-64 的虚拟地址翻译规则写在页表里，页表的根地址放在 CR3 寄存器里。

这意味着：写 CR3 就是切换地址空间。进程 A 跑的时候 CR3 指向 A 的页表，进程 B 跑的时候 CR3 指向 B 的页表。同一个虚拟地址 0x400000，在 A 里翻译到物理页 X，在 B 里翻译到物理页 Y——两边完全隔离，互不干扰。

切换进程时，只需要一行：

void vmm_switch(uint64_t *pml4) {
    __asm__ volatile ("mov %0, %%cr3" :: "r"((uint64_t)pml4) : "memory");
}

硬件帮我们做了全部翻译工作。

创建新页表

每个进程需要自己的 PML4。但不能从空白开始——内核代码的映射必须保留，否则切过去之后 CPU 取不到内核指令，立刻 Page Fault。

做法：把内核的 kernel_pml4 整张复制一份作为起点，然后再往里加用户空间的映射。

uint64_t *vmm_create_page_table() {
    uint64_t *new_pml4 = (uint64_t *)pmm_alloc();
    for (int i = 0; i < 512; i++)
        new_pml4[i] = kernel_pml4[i];  // 继承内核映射
    return new_pml4;
}

往指定页表里建映射

之前的 map_page 只能操作当前 CR3 指向的页表。现在需要给进程建映射，但不想先切换过去，所以新接口接受一个显式的 pml4 参数：

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往指定页表里建映射