第二章 内存寻址

1.内存地址

• 1.逻辑地址：段地址(segment)+偏移量(offset)

  MMU通过分段单元(segmentation unit)电路把1转化2

• 2.线性地址：也叫虚拟地址(virtual address)，uint32表示

  MMU通过分页单元(paging unit)电路把2转化为3

• 3.物理地址：内存芯片级内存单元寻址，uint32 or uint26

2.硬件中的分段

• 实模式：存在的主要原因是维持处理器与早期模型的兼容，让操作系统自举
• 保护模式：

2.1 段选择符和段寄存器

• 逻辑地址：段标识/选择符(segment selector)（16bit）+相对地址偏移量（32bit）
• 段寄存器：为了方便找到段选择符，只存放段选择符

  • cs：代码段寄存器，其中两位字段指明CPU的特权级(0、3分别表示内核态和用户态)
  • ss：栈段寄存器
  • ds：数据段寄存器，指向包含静态数据或全局数据段
  • es、fs、gs：可以指向任意数据段

2.1.1 段描述符(8bytes)

• 描述了段的特征，放在GDT或LDT中
• 段首字节的线性地址、粒度标志、段长度、系统标志、特权级等信息都包含在这个字段
• 有几种广泛采用的段描述符类型：
  • 代码段描述符：
  • 数据段描述符：段栈是通过一般的数据段实现的
  • 任务状态段描述符：用于保存处理器寄存器的内容，只出现在GDT
  • 局部描述符表描述符：代表一个包含LDT的段

2.2 快速访问段描述符

• 处理器提供一种附加的非编程寄存器(包含8字节的段描述符)，每当一个段选择符被装入段寄存器时，相应的段描述符就由内存装入到对应的非编程CPU寄存器，这样就没必要访问GDT或LDT了

3. linux中的分段

• 分段可以给每一个进程分配不同的线性地址空间，分页可以把同一线性地址空间的映射到不同的物理空间
• 运行在用户态的所有Linux进程都使用一对相同的段来对指令和数据寻址

  • 用户代码段
  • 用户数据段

• 运行在内核态的所有Linux进程都使用一对相同的段来对指令和数据寻址

  • 内核代码段
  • 内核数据段

• …(后面的不懂了)

4. 硬件中的分页

• 分页单元把线性地址转换成物理地址，关键是访问类型与访问权限比较
• 为了效率起见，线性地址被分成以固定长度为单位的组，称为页(page)
• 页内部连续的线性地址被映射到连续的物理地址中(这样指定一个页的权限就指定了一组线性地址的存取权限)
• 分页单元把所有RAM分成固定长度的页框(和页长度一致)
  • 页框是主存的一部分，因此也是一个存储区域
  • 页只是一个数据块，可以放在任何页或主存
• 把线性地址映射到物理地址的数据结构称为页表(page table)

4.1 常规分页

32bit线性地址 = 10bitDirectory + 10bitTabel + 12bitOffset

• 线性地址转换分两步（每一步都基于转换表）
  • 页目录
  • page table页表（主页这里是小写）
• 每个活动必须有一个分配给它的页目录(不过不会马上为进程的所有页表都分配RAM,需要时才分配)
• 80386的处理器分页:

  • 正在使用的页目录的物理地址存放在控制寄存器cr3中
  • 10bitDirectory决定页目录中的目录项
  • 目录项指向适当的页表
  • 10bitTabel决定页表中的表项
  • 表项含有页所在页框的物理地址
  • 12bitOffset决定页框内的相对位置，因为12bit,所以每页4096字节