linux内存管理

 一、  CPU要将一个逻辑地址转换为物理地址，需要2步：首先CPU利用段式内存管理但愿，将罗技地址转换成线性地址，再利用页式管理但愿，把线性地址转换为物理地址。

        段式管理：
       16位的CPU内部拥有20位地址线，寻址范围2的20次方，1M的内存空间。16位CPU用于存放地址的寄存器 （IP,SP）只有16位

只能访问65536个存储单元，64K。无法用16位寄存器存放20位的地址。

   采取分段技术：

      为了能够访问1M的内存空间，CPU就采用了内存分段的管理模式，并在CPU内部加入了段寄存器。16位CPU把1M内存空间分为若干个罗技段，每个段要求如下：

  1、逻辑段的起始地址（段地址）必须是16的倍数，即最后4个二进制位必须全为0.

  2、逻辑段的最大容量为64K。

  物理地址的形成方式：

  由于段地址必须是16的倍数，所以值的一般形式，前16位二进制是变化的，后四位是固定的0，鉴于段地址的这特性，可以只保存前16位的二进制位来保存整个段基地址，所以每次使用时候要用段寄存器左移 补4个0来得到实际的段地址。在确定了某个存储单元所属的段后，只是知道了该存储器但愿所属的范围（段地址-》段地址+65536），如果想确定该内存单元的具体位置，还必须知道该但愿在段内的偏移。有了段地址和偏移量，就可以确定位置了。

   由逻辑地址得到物理地址的公式为：PA=段寄存器的值*16+逻辑地址（段内偏移）

   二、

     段寄存器是为了对内存进行分段管理而增加的，16位CPU有4个段寄存器，程序可同时访问4个不同含义的段。

  1、CS+IP：用于代码段的访问，CS指向存放程序的段基地址，IP指向下条要执行的执行在CS端的偏移量，用这2个寄存器就可以得到一个内存物理地址，该地址存放着一条要执行的指令。

2、SS+SP：用于堆栈段的访问，SS指向堆栈段的基地址，SP指向栈顶了，可以通过SS和SP两个寄存器直接访问栈顶单元的内存物理地址。

 3、DS+BX：用于数据段的访问。DS中的值左移4位得到数据段起始地址，再加上BX中的偏移量，得到一个存储单元的物理地址。

 4、ES+BX：用于附加段的访问。ES中的值左移4位得到附加段起始地址，再加上BX中的偏移量，得到一个存储单元的物理地址。

1， 代码段寄存器CS：存放当前正在运行的程序代码所在段的段基值，表示当前使用的指令代码可以从该段寄存器指定的存储器段中取得，相应的偏移值则由IP提供。　　

2， 数据段寄存器DS：指出当前程序使用的数据所存放段的最低地址，即存放数据段的段基值。　　

3， 堆栈段寄存器SS：指出当前堆栈的底部地址，即存放堆栈段的段基值。　　

4， 附加段寄存器ES：指出当前程序使用附加数据段的段基址，该段是串操作指令中目的串所在的段。

三、32位CPU

   2种工作模式：实模式和保护模式

  1、实模式下，32位内存管理和16位CPU是一致的。

  2、段基地址长达32位，每个段的最大容量4G，段寄存器的值是段地址的“选择器”，用该选择器从内存中得到一个32位的段地址，存储器单元的物理地址就是该段地址加上段内偏移量。得到线性地址空间。

      从管理和效率的角度出发，线性地址被分为固定长度的组，成为页，例如32位机器，线性地址最大可为4G，如果用4KB为一个页来划分，这样整个线性地址就被划分为2的20次方个页。

      线性地址通过映射关系得到物理地址。

四、linux段管理

    所有段的基地址为0，每个段的逻辑地址空间范围为0~4G，因为每个段的基地址为0，因此，逻辑地址到线性地址映射不变，在Linux中所提到的逻辑地址和线性地址指的也就是同一地址。看来，linux巧妙的把段机制给绕过去了，完全利用了分页机制。

linux2.6.29采用四级页管理架构。