Linux 内存储器寻址
日期：2014-05-16 浏览次数：20799 次
Linux 内存寻址
80x86微处理器下的三种不同的地址：
逻辑地址：16位段选择符+32位offset， 段选择符存放在段寄存器中
线性地址：也称为虚拟地址，32bit 体系结构可以表达4GB的地址空间
物理地址：芯片内存单元寻址
MMU 通过分段单元将 逻辑地址转换为线性地址；
分页单元将线性地址转换为物理地址；
分段的过程：
段选择符有三个字段:
1)Index字段，表示在GDT或者LDT中相应的段描述符的索引
2）TI，两个描述符表的标志，用于区分
3）RPL，特权级
首先从TI字段中决定段描述符保存在哪一个描述符表中，从相应的gdtr或ldtr及寄存器中得到相应的描述符表的基地址
然后将index字段乘以8（一个描述符的大小）加上基地址得到段描述符的地址
段描述符中有一个字段是Base字段，将逻辑地址中的offset与这个Base字段相加就得到了线性地址。这就完成了从逻辑地址到线性地址的转换。
在Linux中，段描述符中的Base字段全部是0x00000000，所以逻辑地址中的offset与线性地址在这个意义上是相等的。
Linux只是象征性地使用了分段机制，目的可能是为了满足可移植性和内存管理的简便。
分页单元把线性地址转换成物理地址：
page:一组线性地址，在内存管理中它是最小的单位，它可以指这组地址中的数据块
page frame：物理页，是RAM的一个区域，表示内存的一部分
page table: 页表存放在主存中，是一种将线性地址隐射到物理地址的数据结构
以上是比较常规的分页，Linux采用三级页表或者四级页表，也就是32为的线性地址多划分两个域出来而已
其中：CR3寄存器存放的是当前活动进程的页目录的物理地址，这是进程上下文的一部分，也就是说当发生进程切换的时候，CR3寄存器的值会被重写，当然，如果两个 进程使用相同的working page set，也就是共享页表结构，那么该寄存器不会被重置（不太确定？有路过的大神求解释下）
线性地址的高10位表示在页目录中的offset，找到页目录项之后，就有了页表的地址，中间10位有是在页表中的offset，这样找到了页表，得到页框的物理地址，最后12位是数据在页框中的offset，12 bit, 4KB大小的页
总共就是1024*1024*4096=2^32
其中页表项中有一个present标志，如果该标志是0，说明这页数据没有在main memory中，产生一个异常page fault
还有一个dirty标志，用于write-back。
Linux中的分页模式一般是3级页表，线性地址被划分为5个域：
Page global directory
Page Upper dir.
Page Middle dir.
Page table 页表
offset
最后提一个TLB缓存，目的是为了加速从虚拟地址到物理地址的隐射，每一个entry会缓存一个VA到一个PA直接的隐射关系。
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