x86内存管理

来源：互联网发布：php代码去除图片水印编辑：程序博客网时间：2024/05/22 10:30

x86支持两种运行模式：

1.实模式

2.保护模式

x86根据两种不同的运行模式，有三种不同的内存管理方式：

1.实模式下，通过偏移地址加段寄存器值直接访问物理地址

2.保护模式下有两种内存管理方式：

段式管理：使用段寄存器作为索引，寻找GDT中相应的表项，获得该段的基址，逻辑地址作为偏移与基址相加，就得到物理地址。

地址分为两层：逻辑地址、物理地址

页式管理：首先通过GDT将逻辑地址转换成线性地址，在通过页目录表和页表将线性地址转换成物理地址。

地址分为三层：逻辑地址、线性地址、物理地址。此处的逻辑地址相当于段式管理的物理地址。

实模式 --> 保护模式

将CR0的位0置位，即将PE位设为1.有两种方法：

使用lmsw指令：

mov %cr0, �x

inc %ax

lmsw %ax

使用mov指令：

mov %cr0, �x

inc �x

mov �x, %cr0

此时为段式管理机制，线性地址等于物理地址

段式管理 --> 页式管理

将CR0的位31置位，即将PG置1.方法：

mov %cr0, �x

or �x, $0x80000000

mov �x, %cr0

理解逻辑地址，我们从elf文件格式入手，看看xen的连接器脚本文件：

elf文件格式：

文件头

程序表头

程序段

节表头

文件头其实是个结构，用readelf -h 查看信息如下：

ELF Header:

Magic: 7f 45 4c 46 02 0101 00 00 00 00 00 00 00 00 00

Class: ELF64

Data: 2's complement, little endian

Version: 1(current)

OS/ABI: UNIX - System V

ABI Version: 0

Type: EXEC (Executable file)

Machine: AdvancedMicro Devices X86-64

Version: 0x1

Entry point address: 0x400460

Start of program headers: 64 (bytes into file)

Start of section headers: 4432 (bytes into file)

Flags: 0x0

Size of this header: 64(bytes)

Size of program headers: 56 (bytes)

Number of program headers: 9

Size of section headers: 64 (bytes)

Number of section headers: 30

Section header string table index: 27

#include

#undef ENTRY

#undef ALIGN

OUTPUT_FORMAT("elf64-x86-64", "elf64-x86-64","elf64-x86-64")

OUTPUT_ARCH(i386:x86-64)

ENTRY(start)

PHDRS

{

text PT_LOAD ;

}

SECTIONS

{

. = __XEN_VIRT_START + 0x100000;

_start = .;

_stext = .;

.text : {

*(.text)

*(.fixup)

*(.gnu.warning)

} :text = 0x9090

_etext = .;

.rodata : { *(.rodata) *(.rodata.*) }:text

. = ALIGN(32);

__start___ex_table = .;

__ex_table : { *(__ex_table) } :text

__stop___ex_table = .;

. = ALIGN(32);

__start___pre_ex_table = .;

__pre_ex_table : { *(__pre_ex_table) }:text

__stop___pre_ex_table = .;

.data : {

*(.data)

CONSTRUCTORS

} :text

. = ALIGN(128);

.data.read_mostly : { *(.data.read_mostly)} :text

. = ALIGN(4096);

__init_begin = .;

_sinittext = .;

.init.text : { *(.init.text) } :text

_einittext = .;

.init.data : { *(.init.data) } :text

. = ALIGN(32);

__setup_start = .;

.init.setup : { *(.init.setup) }:text

__setup_end = .;

__initcall_start = .;

.initcall.init : { *(.initcall1.init) }:text

__initcall_end = .;

__xsm_initcall_start =.;

.xsm_initcall.init : {*(.xsm_initcall.init) } :text

__xsm_initcall_end = .;

. = ALIGN(PAGE_SIZE);

__init_end = .;

__per_cpu_shift = PERCPU_SHIFT;

__per_cpu_start = .;

.data.percpu : { *(.data.percpu) }:text

__per_cpu_data_end = .;

. = __per_cpu_start + (NR_CPUS <<PERCPU_SHIFT);

. = ALIGN(PAGE_SIZE);

__per_cpu_end = .;

__bss_start = .;

.bss : {

. = ALIGN(STACK_SIZE);

*(.bss.stack_aligned)

. = ALIGN(PAGE_SIZE);

*(.bss.page_aligned)

*(.bss)

} :text

_end = . ;

/DISCARD/ : {

*(.exit.text)

*(.exit.data)

*(.exitcall.exit)

*(.eh_frame)

}

.stab 0 : { *(.stab) }

.stabstr 0 : { *(.stabstr) }

.stab.excl 0 : { *(.stab.excl) }

.stab.exclstr 0 : { *(.stab.exclstr)}

.stab.index 0 : { *(.stab.index) }

.stab.indexstr 0 : { *(.stab.indexstr)}

.comment 0 : { *(.comment) }

}

从head.S查看逻辑地址到线性地址的变换：

13 #define sym_phys(sym) ((sym) - __XEN_VIRT_START)

63 gdt_boot_descr:

64 .word 6*8-1

65 .long sym_phys(trampoline_gdt)

67 __start:

68 cld

69 cli

72 lgdt %cs:sym_phys(gdt_boot_descr) #lgdt可以在保护模式下调用,此时cs值估计为0x0010

73 mov $BOOT_DS,�x #BOOT_DS 0x0018

74 mov �x,%ds

75 mov �x,%es

76 mov �x,%ss

64位cpu使用四级页表寻址：PML4E，PDPE、PDE、PTE

xen中l2、l3、l4分别对应PDE、PDPE、PML4E