[OS]Memory Management_os memory management-优快云博客

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本文深入探讨了操作系统的内存管理，详细解释了逻辑地址、线性地址和物理地址之间的转换关系，特别是在i386体系结构中的段翻译和页翻译过程。涉及内容包括段选择器、描述符表、段寄存器以及不同情况下的页面和段边界对齐问题。

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首先，我先澄清三个地址概念：logical address, linear address, physical address。我从地址转换的角度来说明三种地址之间的关系。

地址转换的含义是：从logical address（程序员角度的地址）转换为physical address（实际的物理地址），这个过程可以分为两步：

Segment translation：logical address(包含segment selector和segment offset)转换为linear address
Page Translation：linear address转换为physical address（如果PG set以后）

Segment Translation

为了进行这个转换，需要一些数据结构的支持：

Descriptors
Descriptor tables
Selectors
Segment Registers

Descriptors

BASE：在一个descriptor中，BASE被分为三部分放在其中，组成一个32 bits，表示Segment的位置
LIMIT：segment的size
Granularity bit：units-1 byte or 4 kilobytes
TYPE：descriptor的类型
DPL：描述符的优先级
Segment-Present bit：zero-valid，Segment不在memory或者没有被映射
Access bit：

Descriptor Tables

GDT和LDT的关系

GDT：全局描述符表，它每一项都代表一个segment，甚至是一个LDT（这一也是一个段，在内存中）
LDT：针对某个程序或者任务的描述符表

Selectors

Selector的功能是指示某一个描述符表，和对应其中某项的Index——共16位

INDEX：表内索引-12
TI：Table Indicator，可以是GDT也可以是LDT-1
RPL：请求的优先级，会和相应描述符代表segment的优先级做比较-3

Segment Register

包含CS，SS，DS，ES，FS，GS，每个寄存器包含两部分，一部分是invisible part, selector（由用户程序操作），领一部分是隐藏部分（由processor操作）

加载这些寄存器的方式有两种：

直接加载：mov，pop，LDS，LSS，LGS，LFS
隐式加载：jmp，call

使用这些指令以后，程序加载visible part with a selector，processor自动加载相应描述符的base，limit，type等

这样Segment Register有cache的作用，比如CS，DS这些经常使用的段，会直接将base address加上

怎么知道要使用哪一个段的（selector从哪里来）

Page Translation

这里将linear address分成了三部分，DIR，PAGE，OFFSET；这样可以从一个二级页表，找到相应的物理页和数据

Page translation可以设置on-chip cache，这对程序员是不可见的，但是对系统程序员是可见的。Operating-system程序员在页表改变的时候必须刷新cache

cr3直接被修改
切换task

Combining Segment and Page Translation

"Flat" Architecture

80386机器会被使用去执行一些不要Segment的软件，但是80386并不提供关闭Segment的机制。所以80386设计了专门的Segment Registers，当程序不需要Segment概念时，使用这个寄存器，这个寄存器值不变化，程序的logical address可以涉及所有的physical address。