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1、、概念物理地址(physical address)用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。这个概念应该是这几个概念中最好理解的一个，但是值得一提的是，虽然可以直接把物理地址理解成插在机器上那 根内存本身，把内存看成一个从0字节一直到最大空量逐字节的编号的大数组，然后把这个数组叫做物理地址，但是事 实上，这只是一个硬件提供给软件的抽像，内存的寻址方式并不是这样。所以，说它是与地址总线相对应”，是更贴切 一些，不过抛开对物理内存寻址方式的考虑，直接把物理地址与物理的内存一一对应，也是可以接受的。也许错误的理 解更利于形而上的抽像。虚拟内存(virtual memory)这是
2、对整个内存(不要与机器上插那条对上号)的抽像描述。它是相对于物理内存来讲的，可以直接理解成不直实的”， 假的内存，例如，一个0x08000000 内存地址，它并不对就物理地址上那个大数组中0x08000000 - 1那个地址元素；之所以是这样，是因为现代操作系统都提供了一种内存管理的抽像，即虚拟内存(virtual memory )。进程使用虚拟 内存中的地址，由操作系统协助相关硬件，把它转换喊真正的物理地址。这个转换”，是所有问题讨论的关键。有了这样的抽像，一个程序，就可以使用比真实物理地址大得多的地址空间。(拆东墙，补西墙，银行也是这样子做的)， 甚至多个进程可以使用相同的地址。不奇怪，因
3、为转换后的物理地址并非相同的。可以把连接后的程序反编译看一下，发现连接器已经为程序分配了一个地址，例如，要调用某个函数A，代码不是 call A而是call 0x0811111111 ，也就是说，函数A的地址已经被定下来了。没有这样的转换”，没有虚拟地址的 概念，这样做是根本行不通的。打住了，这个问题再说下去，就收不住了。逻辑地址(logical address)Intel为了兼容，将远古时代的段式内存管理方式保留了下来。逻辑地址指的是机器语言指令中，用来指定一个操作数 或者是一条指令的地址。以上例，我们说的连接器为A分配的0x08111111 这个地址就是逻辑地址。不过不好意思，这样说，好像
4、又违背了Inte l中段式管理中，对逻辑地址要求，一个逻辑地址，是由一个段标识符 加上一个指定段内相对地址的偏移量，表示为段标识符：段内偏移量，也就是说，上例中那个0x08111111 ，应该 表示为A的代码段标识符：0x08111111，这样，才完整一些”线性地址(linear address )或也叫虚拟地址(virtual address)跟逻辑地址类似，它也是一个不真实的地址，如果逻辑地址是对应的硬件平台段式管理转换前地址的话，那么线性地址 则对应了硬件页式内存的转换前地址。cpu将一个虚拟内存空间中的地址转换为物理地址，需要进行两步：首先将给定一个逻辑地址(其实是段内偏移量，这 个一
5、定要理解！ ！)，CPU要利用其段式内存管理单元，先将为个逻辑地址转换成一个线程地址，再利用其页式内存 管理单元，转换为最终物理地址。这样做两次转换，的确是非常麻烦而且没有必要的，因为直接可以把线性地址抽像给进程。之所以这样冗余，Intel完 全是为了兼容而已。2、CPU段式内存管理，逻辑地址如何转换为线性地址一个逻辑地址由两部份组成，段标识符：段内偏移量。段标识符是由一个16位长的字段组成，称为段选择符。其中前 13位是一个索引号。后面3位包含一些硬件细节，如图：153段选择符索引号2 1 0TInp|下=表指示器RPL=请求者特权级最后两位涉及权限检查，本贴中不包含。索引号，或者直接理解成
6、数组下标一一那它总要对应一个数组吧，它又是什么东东的索引呢？这个东东就是段描述符 (segment descriptor) ”，呵呵，段描述符具体地址描述了一个段(对于段”这个字眼的理解，我是把它想像成，拿了 一把刀，把虚拟内存，砍成若干的截一一段)。这样，很多个段描述符，就组了一个数组，叫段描述符表”，这样，可 以通过段标识符的前13位，直接在段描述符表中找到一个具体的段描述符，这个描述符就描述了一个段，我刚才对段 的抽像不太准确，因为看看描述符里面究竟有什么东东一一也就是它究竟是如何描述的，就理解段究竟有什么东东了， 每一个段描述符由8个字节组成，如下图:数据段描述符63 62 61 60
7、 S9 5B 57 56 S5 54 S3 52 51 50 49 昭 47 北 45 44 43 42 41 扪 39 30 37 36 35 3 33 32BASE(24-31)GB0A U 1LIMIT (16-19)1Ds1TYPEBASE (15-23)RASE哪UM IT (0-15)31 30 29 26 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 1 6 5 4 3 2 1 0代时段描述符63 6 2 61 60 S9 58 57 56 55 5 4 5a 52 51 50 酒郭 47 北 45 44 43
8、 电 41 扪 39 38 37 36 J5 34 33 32BAS24-S1)GDaJLIMIT (16-19)1DSTYPEBASE(16-23JBASE(0-15j)Km - 3 _-_ _ _ . _ 一LI MIT (0-15)i 30 29 28 Z? 26 3 22 21 20 19 IS 17 W 15 14 13 12 17 70 9 8 1 E 5 4 3 2 1 0系统段描述符63 62 61 GO 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 祁 U 北 45 44 43 实 41 切 39 38 37 36 观4 33 32BASE(24-31)6
9、0LIMIT (16-19)1D P 1S11TvnBASE (16-23)瞅邮LI MH (0-15)31 30 29 26 27 26 25 21a22212019 IB 17 161514 131211 10 9 87 6 6 13 2 10这些东东很复杂，虽然可以利用一个数据结构来定义它，不过，我这里只关心一样，就是Base字段，它描述了一个段 的开始位置的线性地址。Intel设计的本意是，一些全局的段描述符，就放在全局段描述符表(GDT) ”中，一些局部的，例如每个进程自己的， 就放在所谓的局部段描述符表(LDT) ”中。那究竟什么时候该用GDT，什么时候该用LDT呢？这是由段选择符
10、中的T1 字段表示的，=0，表示用GDT，=1表示用LDT。GDT在内存中的地址和大小存放在CPU的gdtr控制寄存器中，而LDT则在ldtr寄存器中。好多概念，像绕口令一样。这张图看起来要直观些：首先，给定一个完整的逻辑地址段选择符：段内偏移地址，1、看段选择符的T1=0还是1，知道当前要转换是GDT中的段，还是LDT中的段，再根据相应寄存器，得到其地址 和大小。我们就有了一个数组了。2、拿出段选择符中前13位，可以在这个数组中，查找到对应的段描述符，这样，它了Base，即基地址就知道了。3、把Base + offset，就是要转换的线性地址了。还是挺简单的，对于软件来讲，原则上就需要把硬件
11、转换所需的信息准备好，就可以让硬件来完成这个转换了。OK， 来看看Linux怎么做的。3、Linux的段式管理Intel要求两次转换，这样虽说是兼容了，但是却是很冗余，呵呵，没办法，硬件要求这样做了，软件就只能照办，怎 么着也得形式主义一样。另一方面，其它某些硬件平台，没有二次转换的概念，Linux也需要提供一个高层抽像，来提供一个统一的界面。所以， Linux的段式管理，事实上只是供骊”了 一下硬件而已。按照Intel的本意，全局的用GDT，每个进程自己的用LDT 不过Linux则对所有的进程都使用了相同的段来对指 令和数据寻址。即用户数据段，用户代码段，对应的，内核中的是内核数据段和内核代
12、码段。这样做没有什么奇怪的， 本来就是走形式嘛，像我们写年终总结一样。include/asm-i386/segment.hCopy to clipboard -CODE:#define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS14#define _USER_CS (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS * 8 + 3)#define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS15#define _USER_DS (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS * 8 + 3)#define GDT_ENTRY_KERNEL_BASE12#define GD
13、T_ENTRY_KERNEL_CS(GDT_ENTRY_KERNEL_BASE+0)#define _KERNEL_CS (GDT_ENTRY_KERNEL_CS*8)#define GDT_ENTRY_KERNEL_DS(GDT_ENTRY_KERNEL_BASE+1)#define _KERNEL_DS (GDT_ENTRY_KERNEL_DS*8)把其中的宏替换成数值，则为:Copy to clipboard -CODE:#define _USER_CS 11500000000 1110 0 11#define _USER_DS 12300000000 1111 0 11#define
14、_KERNEL_CS 9600000000 1100 0 00#define _KERNEL_DS 10400000000 1101 0 00CODE:方括号后是这四个段选择符的16位二制表示，它们的索引号和T1字段值也可以算出来了_USER_CSindex= 14T1=0_USER_DSindex= 15 T1=0_KERNEL_CSindex= 12 T1=0_KERNEL_DSindex= 13T1=0Copy to clipboard -T1均为0，则表示都使用了 GDT，再来看初始化 GDT的内容中相应的12-15项(arch/i386/head.S):Copy to clipboa
15、rd -CODE:.quad 0x00cf9a000000ffff/* 0x60 kernel 4GB code at 0x00000000 */.quad 0x00cf92000000ffff/* 0x68 kernel 4GB data at 0x00000000 */.quad 0x00cffa000000ffff /* 0x73 user 4GB code at 0x00000000 */.quad 0x00cff2000000ffff /* 0x7b user 4GB data at 0x00000000 */按照前面段描述符表中的描述，可以把它们展开，发现其16-31位全为0，即四个段的基地址全为0。这样，给定一个段内偏移地址，按照前面转换公式，0 +段内偏移，转换为线性地址，可以得出重要的结论，在Linux 下，逻辑地址与线性地址总是一致（是一致，不是有些人说的相同）的，
