分页时，Loader 的线性地址为什么要与物理地址相同？

分页时，Loader 的线性地址为什么要与物理地址相同？

在 分页机制（Paging）启用之前，Loader（引导程序或内核启动代码） 需要使用 物理地址进行访问，而在分页启用后，它的 线性地址需要与物理地址一致，这样可以 确保分页机制生效后，代码仍然可以正常运行。

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1. 什么是分页？

• 分页（Paging） 是 CPU 通过页表将线性地址（Linear Address）转换为物理地址（Physical Address） 的过程。
• 开启分页前，CPU 直接使用 物理地址 访问内存。
• 开启分页后，CPU 访问的 虚拟地址（线性地址） 需要通过 页表转换 成 物理地址。

但在启用分页的瞬间，CPU 仍然要继续执行代码，因此必须确保代码地址在启用分页前后保持一致，否则会出现访问错误。

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2. 为什么 Loader 线性地址 = 物理地址？

在 分页启用（开启 CR0.PG）的瞬间：

• Loader（内核代码）仍然在运行。
• 指令地址不能改变，否则 CPU 会找不到指令，导致崩溃！

因此，必须保证 Loader 在开启分页前后的地址是一样的：
[
\text{线性地址} = \text{物理地址}
]
这样 分页前后的代码地址不变，保证 CPU 能继续正常执行代码。

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3. 具体实现方式

（1）开启分页前

• 使用物理地址访问（未开启分页）
• 代码仍然在 物理地址 0x100000 运行（假设 Loader 在 1MB 处）。

（2）设置页表

建立一个 “恒等映射（Identity Mapping）”：

• 页表设置 线性地址 = 物理地址
• 例如：

  页目录：0x00000000 → 指向 0x00000000（恒等映射）
  页目录：0x00100000 → 指向 0x00100000（恒等映射）
  

  这样：

  线性地址 0x100000 → 物理地址 0x100000
  

（3）开启分页

• write_cr3(页目录地址); // 设置 CR3
• write_cr0(read_cr0() | 0x80000000); // 开启 CR0.PG
• 此时，CPU 进入分页模式，但地址转换仍然映射到相同的物理地址。

（4）跳转到新的虚拟地址

• 如果 Loader 需要被映射到更高地址（例如 0xC0000000），则可以：
  1. 建立新的页表映射：

     线性地址 0xC0000000 → 物理地址 0x100000
     

  2. 跳转到 0xC0000000，然后释放恒等映射。

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4. 为什么不直接使用虚拟地址？

如果 分页前 代码运行在 虚拟地址 0xC0000000：

• 在启用分页前，0xC0000000 不是一个有效的物理地址，导致 CPU 找不到代码，程序崩溃！
• 必须先建立页表，然后再跳转到高地址。

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5. 结论

✅ 开启分页前，Loader 只能访问物理地址。
✅ 开启分页时，必须确保 线性地址 = 物理地址，防止 CPU 找不到代码。
✅ 分页启用后，Loader 可以跳转到更高的虚拟地址（如 0xC0000000）。

🚀 “恒等映射” 是分页启用的关键，确保 CPU 在启用分页后仍然能正确执行指令！ 🎯