深入剖析Linux内核IA32体系地址映射

前言：本文来剖析一个虚拟地址到真实的物理地址的映射过程。因为一旦牵扯到内核，则比较令人头疼，有未分析到的或者有误之处欢迎讨论。

我们知道，进程一旦被创建出来，操作系统会给进程分配4G的虚拟地址空间（32位体系），Linux在用户申请内存的时候，只是分配给了它一个线性区（虚拟地址），并没有分配实际的物理内存，只有当用户使用内存的时候，内存才会分配具体的物理页面给用户。我们就来剖析一下这个过程。

基础知识：cpu的位数：指的算术逻辑单元ALU的宽度或者说是数据总线的条数。
8086体系开始增加了几个寄存器：CS(代码段) DS（数据段）SS（堆栈段） ES（扩展段） IP（偏移量）
位数都是16位，然而地址总线的条数是20位
为了解决cpu寻址能力与内存之间的差异：定义内存段起始位置必须是16的倍数，意味着低四位为0。
所以段寄存器存入的是内存起始的高16位

当要通过寄存器中的值去总线中取数据时，必须先将段寄存器中的值<<4位，保证和总线的条数对应，可以访问2^20=1M的物理内存。
此时没有操作系统对内存的管理等进行权限的控制，我们称之为实地址模式下的地址映射，也称为实模式*。
例：要访问数据段的内存：物理内存=DS<<4+IP

接下来用一张自绘图来描绘实模式的地址映射

实模式下存在很多问题,例如：
1.内存的起始地址。
2.内存段的大小。
3.内存的访问权限。
这些都没有做控制，很容易导致出错。
下面我们介绍另一种模式。

80386体系下：
增加了两个寄存器：GDTR（全局的段描述符表）； LDTR（局部的段描述符表）

接下来介绍段描述符表项的结构

接下来就是用这些结构实现的保护模式下内存的分段式地址映射。
GDT[DS>>3] + IP(如果IP小于length)逻辑地址 = 线性地址