Linux中的逻辑地址与线性地址

做《操作系统》助教的过程中无意间学到的一点新知识。

A.问题起源

逻辑地址对程序来说实际上是个偏移地址，从0开始，它依赖于段基址组合成一个线性地址。段基址+逻辑地址=线性地址，线性地址经过硬件计算出相应的页表地址和页内偏移，从而得到物理地址。
到这里时，直觉上会认为这样的过程很麻烦，因为要经过逻辑地址-线性地址-物理地址的两次转换。在网上查资料后发现很多人说分段其实是一个冗余的操作，并且给了一个例子：Linux的所有段的段基址都是从0开始的！这一说法颠覆了我以往的认知，因为之前上的《操作系统》课程都在讲分段的这个好处那个好处，而且我也无法理解如果所有段基址都从0开始，那不同的程序之间如何做到逻辑地址到线性地址的转换不产生混淆。

B.分段的起源

分段最早用在16位ALU的时候，总线地址提到了20位，因此CPU无法计算，于是采用了分段。寄存器里保存16位段基址，再将16位偏移的前12位和段基址相加，偏移最后四位补在最后就得到了一个20位地址。这相当于是说段基址必须是16的倍数。

C.为什么不需要分段了？

因为只用分页就足够了。我们把线性地址整合到进程里就可以了，这实际上与分段是一个道理的。
例如，在分页机制里，我们直接把页表的地址分配给进程不就好了吗？一个新的进程被加载时，系统分配一个页表地址保存在进程的PCB里，这与分配一个段基址如出一辙。之后调用进程时，把页表地址读进寄存器，逻辑地址提供页表索引和页内偏移不就可以找到任意内存位置了吗？为不同的进程分配不同的起始页表地址，因此避免了混淆。当然，这个例子是我自己想的，可能思想是对的，但细节不一定正确。

D.分段为何还存在，Linux做了什么？

因为Intel是CPU霸权，它一直在向上兼容古老的分段机制，延续至今。而Linux实际上是想要抛弃掉这一冗余设计的，但为了适配Intel的CPU，就必须要有分段。于是Linux做了一个“假的”分段——没错，把所有的段地址都设为0。于是在Linux里，逻辑地址的值=线性地址的值。

参考：
https://www.cnblogs.com/zengkefu/p/5452792.html
https://www.cnblogs.com/kukudi/p/11416993.html
https://blog.csdn.net/dake_160413/article/details/78928917
https://blog.csdn.net/chengbozhe/article/details/39829483?utm_source=blogxgwz7