《深入理解linux内核》第二章 内存寻址

• 三种不同的内存地址

  • 逻辑地址(logical address)包含在linux实际指令中的地址，即分段式地址，是对应的硬件平台段式管理转换前地址
    由16位的段选择符(segment selector)和32位的偏移量组成。
  • 线性地址(linear address)(虚拟地址(virtual address))是一个32位无符号整数，可以表示4G的地址，值范围从0x00000000-0xffffffff。
    线性地址则对应了硬件页式内存的转换前地址。
  • 物理地址(physical address)
    用32位或者36位无符号整数表示。用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。
  • 三者之间的关系逻辑地址------>分段单元------>线性地址------>分页单元------>物理地址

• 硬件中的分段

  • 段选择符和段寄存器

    如图所示，16位段选择符的最后13位是索引号，第0和1位是2bit位的请求者特权等级（一共有4中特权等级，linux只使用内核态还是用户态），第2位为表指示器。
    段寄存器有css,ss,ds,es,fs,gs。其中前三个有特殊用途，后三个是通用段寄存器。

  • 段描述符（segment descriptor）
    段描述符表放在全卷描述符表（global descriptor table）GDT或者局部描述符表(local descriptor table) LDT 中。
    具体的段描述符表类型可以看这里：http://www.sandpile.org/x86/desc.htm
  • 逻辑地址转线性地址过程
    过程分三步：
    • 检查段寄存器中的TI和RPL标志，确定段描述符在GDT还是LDT中；
    • 把段寄存器INDEX的值*8+GDT/LDT中保存的地址，即可得到段描述符地址。（该地址在64位处理器是64位，在32位处理器是32位）。
      如果我们用GDB调试程序时，观察几个段寄存器的值，可以和本书及linux源码中的预设值得到印证。段寄存器的INDEX的值正好是在段描述符表中所在的位置。且64位和32位的区别很大。
    • 把逻辑地址的便宜量和段描述符的BASE字段相加即可得到线性地址。

• LINUX中的分页

  • 32位系统未开启地址扩展
    CR3===>PGD(10)==>PT(10)==>OFFSET(12)　　此时页目录项和页表项是32位的，每个页表正好在一个页上，刚好是2^10*4Byte=4096kb  刚好是一页。
  • 32位开启物理地址扩展
    CR3==>PGD(2)==>PMD(9)==>PT(9)==>OFFSET(12)  此时页目录项和页表项都是64位，但他们是9位的，所以每个页表占用的刚好是2^9*8Byte 刚好也是一页
  • 64位系统
    CR3==>PGD(9)==>PUD(9)==>PMD(9)==>PT(9)==>OFFSET(12)

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