《understanding the linux kernel》笔记: 2. Memory Addressing(内存地址)

版权声明：本文为博主原创文章，转载请注明出处，欢迎转载。 https://blog.csdn.net/Dylan_Frank/article/details/82558981

remark:《understanding the linux kernel》笔记第二篇，对应原书第二章。

x86 内存地址

x86有三种内存地址:

1. logical Address： segment: offset（48bit），段基址+ 偏移

2. linear Address： 0x00000000-0xffffffff

   前两个都是虚拟地址，不是实地址

3. Physical address 真实的内存单元的地址，32-bit或者36-bit

MMU (the Memory Management Unit) 内存管理单元

MMU 是一个硬件，它主要做地址翻译:

Segmentation in Hardware 硬件分段机制

段选择子是16bit的段寄存器，分成3部分:

• RPL(0-1): 请求特权级(request privilege level)与段访问权限有关
• TI（2）: table indicator （0在GDT中，否则在LDT中）
• Index(3-15): 段索引

有6个段寄存器:cs(code segment),ss(stack seg),ds(data seg),es,fs,gs

segmentation descriptor 段描述符

每个段描述符占8-bytes

上面所列出来的每个field 都在原书上有标明含义，见Table 2-1

还有两个段描述符表，GDT（全局段描述符表）总共256($2^8$)项被所有进程共享，LDT局部段描述表，他们的起始地址存在 gdtr和ldtr 寄存器中

Fast Access to Segment Descriptors

这是加快地址翻译用的，其实就是加了一个缓存

右边的不可编程寄存器(nonprogramable register) 缓存了左边的翻译地址，使得不必每次都到内存中去取段描述符

segmentation unit

逻辑地址转化为物理地址的流程：

由于不可编程寄存器(见上图)的存在，前两步仅在段描述符改变是才会访问内存

segmentation in Linux linux中的分段机制

linux 将段机制给弱化了，主要出于以下两个原因:

1. 内存管理更加简单是，如果他们共享同样的线性地址空间
2. 适应不同的体系结构

这是linux主要的几个段

linux 中所有进程共享逻辑地址空间(0x0-0xffffffff)

GDT & LDT

GDT没啥好说的(这个表可以再内核代码中找到)，ldt linux中设计了一个default_ldt 被most process 使用，如果进程要用自己的ldt 可以用modify_ldt创建

Paging in Hardware

控制寄存器 cr0 中有一个 PG 位，当PG=0 时，线性地址就是物理地址，页机制没有开启，PG=1 页机制被开启

常规的32-bit的页管理，分了2级页表，由于页表在内存中，每次访问都需要3次内存访问才能访问到物理地址，不过由于硬件缓冲 TLB我们可以加快页的访问.

Paging in Linux

linux 可以用4级页表，取决于cpu的体系结构

这一节我并没有理解多少内容，号多细节，涉及源码我都跳了，过去，接下来说一说，我所理解的那一部分内容

物理内存布局

还记的系统是怎么开机的吗?（参见《understanding the linux kernel》笔记: 1. linux开机发生了什么？）最后一步是内核初始化，这里内核需要建立物理映射，标记哪些是可用的内存地址，哪些是不可以用的。内核代码从第2M 开始，即 0x100000,第一M 通常是一些系统参数和BIOS以及体系结构相关的东西，出于为了让内核代码连续的考虑将内核代码放在 0x100000开始出，前3M布局如下图

进程页表(process page table,PPT)