深入理解Linux内核个人小结2---内存寻址

一. 内存地址---80X86微处理器中使用的三种不同的地址：

物理地址：用于内存芯片级内存单元寻址。它们与从微处理器的地址引脚发送到内存总线上的电信号相对应。

线性地址：也称虚拟地址，充当物理地址与逻辑地址的转换中介

逻辑地址： 由段和偏移量构成。包含在机器指令中用来指定一个操作数或者一条指令的地址

逻辑地址------（分段单元）---->线性地址--------（分页单元）------->物理地址

二. 硬件分段

实模式： 启动开始阶段处于实模式，其无分段机制（主要是为了与早期处理器模型相兼容）

保护模式： 有分段机制 。 可通过CR0寄存器中的PE标志位进行观察。

段标示符（即段选择符）、段描述符（8字节）、附加的非编程的寄存器（6个，用于快速访问段描述符），GDT/LDT，段的访问流程

其中GDT是每个CPU一个副本（副本中除各自的TSS不一致外，其它内容完全一样），而LDT：用户态下很少使用。

三. Linux中的分段

分段可以为一个进程配备不同的线性地址，而分页可以把同一线性地址映射到不同的物理地址。与分段相比Linux更倾向于使用分页机制因为

<1>. 当所有进程共享相同寄存器值时（也就是它们共享同样一组线性地址时），内存管理比较简单

<2>. 因某些体系结构对分段机制支持有限，Linux为了拥有更好的移植性故而很少用分段机制。

Linux有四个段： 用户代码段、用户数据段、内核代码段、内核数据段。且所有的段都是从0X00000000开始的，即在Linux下逻辑地址与线性地址是一致的。

四. 硬件中的分页

目录，页表，偏移量 每个活动的进程都有其各自的页目录。具体分页过程不再详述。。

硬件保护方案：与段相关的权限有3种（读，写，执行），而与页/页表相关的特权级只有两个。

扩展分页机制：允许页框大小为4M而非4K。扩展分页用于将打断连续的线性地址转换成相应的物理地址，在此情况下内核可以不用中间页表进行地址转换，从而提升转换的效率。

物理地址扩展分页机制（PAE）：因特尔通过把处理器管脚从32位扩展到36位，以提高处理器的寻址能力使其能够寻址64GB的空间，为此需要引入一种新的分页机制（PAE）。

缓存器

硬件高速缓存器：利用局部性原理减少处理器向主存中读取数据的时间，每个处理器都有一个单独的硬件高速缓存。

后援缓存器（TLB）：用于加快线性地址与物理地址间的转换，每个处理器都有自己的TLB，当CPU的CR3寄存器被修改时本地的TLB会全部失效（因为CR3中含有页表目录基址，其改变会装入新的一组页表，而TLB指向的时旧数据）。

五. Linux中的分页

每个进程都拥有自己的页全局目录和自己的页表集。

六. 物理内存布局 （待解决。。。。。。。。。。。。。。。。。此部分没看懂）

七. 扩展知识 ： 常用的寄存器与 调试寄存器

<1>常用的寄存器（X86）

32位通用寄存器（8）：EAX、EBX、，ECX、EDX、EBP、ESP、ESI、EDI

16位段寄存器（6）：CS、DS、ES、FS、GS、SS

32位调试寄存器（8）： CR0--CR8

32位标志寄存器（1）：FLAGS

32位程序计数器（1）：EIP

48位的全局段描述符寄存器（1）：GDTR

48位的中断描述符寄存器（1）：IDTR

任务状态段寄存器（1）：TR--->指向当前的任务状态段（TSS，每个CPU都拥有自己的任务状态段）

<2>. 8个32位调试寄存器（主要在于前4个）

CR0： 处理器工作方式的控制位PE（保护允许位）、是否允许分页的控制位PG（页允许标志位），还有其它的如浮点运算控制标志位等

CR1： 保留

CR2： 保存引起缺页异常的线性地址

CR3： 其高20位用来保存页目录表基址（每个进程都有自己的全局页目录和页表集），因而也成PDBR

CR4： 扩展页标志位（PSE），PAE扩展标志位（PAE）

CR5： 保留

CR6： 断点寄存器

CR7：控制标志寄存器