x86保护模式分页启用后删除恒等映射致系统重启问题排查

1. 页表及其条目构造的问题 #

你的页表构造存在两处关键问题：

• 内核页表项缺少可写权限：在映射物理1MB到虚拟3GB的循环中，仅给页表项添加了PAGE_STRUCT_ENTRY_PRESENT属性，未添加PAGE_STRUCT_ENTRY_WRITEABLE。x86分页权限遵循最严格匹配原则，即使页目录项（PDE）开了可写，页表项（PTE）未开的话，该页仍处于只读状态，会导致内核运行时无法修改数据触发错误。
• 页目录访问的地址问题：alloc_page()返回的是物理地址，开启分页后，你通过pdir（物理地址）访问页目录条目时，依赖的是恒等映射。当你删除恒等映射的PDE后，这个物理地址对应的虚拟地址（低地址）不再有映射，访问pdir->entries[...]会直接触发页错误。

2. 内核高半区跳转的问题 #

你没有完成真正的高半区跳转：
当前的jmp 1f只是同一段内的短跳转，代码仍然运行在低地址虚拟空间（对应物理地址的恒等映射）。当删除恒等映射后，CPU当前执行的指令地址（低虚拟地址）失去映射，立即触发页错误，进入错误处理循环。

修复方案 #

步骤1：修正页表项权限 #

给内核映射和恒等映射的页表项添加可写属性：

// 恒等映射循环中补充
ENTRY_ADD_ATTRIBUTE(*entry, PAGE_STRUCT_ENTRY_WRITEABLE);

// 内核映射循环中补充
ENTRY_ADD_ATTRIBUTE(*entry, PAGE_STRUCT_ENTRY_WRITEABLE);

步骤2：完成真正的高半区跳转 #

将代码执行流切换到高半区的虚拟地址，避免依赖恒等映射：

// 在VMM_init函数内，开启分页后添加
void (*high_half_continue)(pdirectory_t*) = (void (*)(pdirectory_t*))(0xC0000000 + ((uint32_t)&VMM_init_high_half - (uint32_t)&_begin));
high_half_continue(pdir);

// 把删除恒等映射的逻辑拆分到单独函数
void VMM_init_high_half(pdirectory_t *pdir_phys) {
    // 将页目录的物理地址转换为高半区虚拟地址
    pdirectory_t *pdir_virt = (pdirectory_t*)(0xC0000000 + (uint32_t)pdir_phys);
    // 删除恒等映射的PDE
    pdir_virt->entries[PAGE_DIR_INDEX(0x0)] = 0;
    // 刷新TLB生效
    switch_pd(pdir_virt);
}

通过计算内核代码在高半区的虚拟地址偏移，将后续执行逻辑转移到高半区，此时访问页目录使用虚拟地址，不再依赖恒等映射。

步骤3：映射页目录自身到高半区 #

在页目录中添加自身的映射，方便后续直接通过虚拟地址访问页目录：

// 创建页目录后添加
pd_entry_t *self_entry = &pdir->entries[PAGE_DIR_INDEX(0xFFFFF000)];
ENTRY_ADD_ATTRIBUTE(*self_entry, PAGE_STRUCT_ENTRY_PRESENT);
ENTRY_ADD_ATTRIBUTE(*self_entry, PAGE_STRUCT_ENTRY_WRITEABLE);
ENTRY_SET_FRAME(*self_entry, pdir);

之后可直接通过0xFFFFF000这个虚拟地址访问页目录，无需手动转换物理/虚拟地址。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user29935845