linux 2.6 内核学习小结（1）---硬件相关概念

1、特权级

Intel体系结构引入特权级是为了实现保护。所谓386保护模式就是在此基础上建立起来的。系统中每个段（CS、DS、SS）都有自己的特权级，系统中每个任务或程序也都有自己的特权。

2、操作模式

处理器加电或重启后，首先进入实模式，操作系统初始化部分负责从实模式到保护模式的切换。

3、段、段描述符

段是一块连续的内存区域，是基本的内存保护单位。用段描述符来描述。

4、全局和局部描述符表（GDT、LDT）

为了段的管理和查找方便。

5、门描述符

一种特殊的段描述符，属于系统段描述符。因为仅按段级保护，应用程序就无法使用操作系统段中的过程，为此，操作系统就把这些需要公开的过程建成门，从而应用程序可以通过这些门使用操作系统的过程。（这里的过程可以简单理解为函数调用），一个门对应一个过程或者任务。

6、分页机制

Intel体系结构提供两种内存管理机制：分段和分页。段是一种基本的内存管理机制，它把处理器的线性地址空间划分为小的地址段。段与段相互独立，对段的访问要受到严格的检查和保护。段可以再分为页，从而实现对虚拟内存的基本支持。

Intel按页目录和页表两级结构组织一个任务的页。页目录是一个数组，其元素叫页目录项（PDE）每个PDE描述一个页表，PDE占4个字节。页目录的大小为4KB，所以一个页目录中有1024个PDE。

页表也是数组，其元素叫页表项（PTE），每个PTE描述一页，PTE占4个字节。页表的大小为4KB，所以一个页表中有1024个PTE。

故系统中可以表示1024*1024个4KB的页，即线性地址范围0-4GB。

由逻辑地址到线性地址要用到描述符表，而由线性地址到物理地址转换要用到页目录和页表。

// 下图为页地址的格式:
// 10bits 10bits 12bits
// ||----dir----||-----page-----||-------offset--------||

Intel用寄存器CR3存放当前使用的恶页目录的物理地址，从而可以实现到物理地址的转化。

系统中可以只有一个页目录，所有任务共享；也可以有多个页目录，每个任务一个，任务页目录的机制地址保存在任务的TSS段中（CR3域）

6、TLB

由于每次访问存储器都要存取页目录和页表，大大降低了内存访问速度，所以Intel处理器加了一个CACHE，用于存储最近使用的页目录项和页表项，即DTLB和ITLB（Translation Lookaside Buffers）

TLB存取权限为0特权级，所以刷新TLB必须由操作系统完成。