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写在前面：

最近在学习《linux操作系统结构分析》，该系列博客记录我的学习的过程。

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背景

线性地址（LinearAddress）是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层，是一个32位无符号整数，可以用来表示高达4GB的地址。程序代码会产生逻辑地址，通过逻辑地址变换就可以生成一个线性地址。如果启用了分页机制，那么线性地址可以再经过变换以产生一个物理地址。

386架构里，cpu可以处于实模式和保护模式。

实模式下，cpu指令访问的地址就是物理地址,形式为：段寄存器：偏移

在保护模式下，cpu可以使用分段机制和分页机制。

分段机制下使用的地址就是逻辑地址，形式为：段选择符+偏移

分页机制下使用的地址就是线性地址，形式为：0xXXXXXXXX

无论是逻辑地址还是线性地址，都要被cpu映射成物理地址。保护模式下必须采用分段机制。在此基础上可采用分页机制。 逻辑地址被转化为线性地址，如果采用分页机制，则该线性地址通过分页机制被映射成物理地址。如果不采用分页机制，则该线性地址就是物理地址。

 

实模式下的物理地址只能访问1M以下空间，而保护模式下的物理地址可以访问所有32位空间。并且要注意，物理内存空间只是物理地址空间的一个部分而已。 另外还有一个”总线地址“的概念，是从总线设备的角度来说的。 在linux系统里，对cpu来说，物理内存的首地址是从线性地址的0xc0000000开始的。而对总线设备来说，物理内存的首地址可能是从总线地址0x00000000开始，也可能是从另外的总线地址开始，随系统而异。这也是为什么内核里经常有vir_to_phy和vir_to_bus转换的缘故。 关于物理地址，线性地址和虚拟地址的区别，我只能凭我的理解简单说说，可能不准确。物理地址在什么时候都存在，但是在采用分页技术和虚拟内存技术后，你很难确定物理地址在那里，所以建议在实模式下采用物理地址和线性地址形式，这时候物理地址和线性地址其实是一致的。最常用的，比方说，计算机启动后的地址是0xfff0:0000，装载BIOS，然后转移到0x07C0:0000，所以总可以设置一个物理断点0x7C00，开始调试你的bootloader。

 

 

是什么？

段是一种基本的内存管理机制，把处理器的线性地址空间划分为小的地址段，是基本的内存保护单位。通常每个段长64KB。段与段之间相互独立。

段式管理是指把一个程序分成若干个段（segment）进行存储，每个段都是一个逻辑实体（logical entity），程序员需要知道并使用它。

注意：

1)       要确定段在哪里，需要知道基址，386保护模式下，段长可变，受保护，所以还需要有保护信息，段长等。固用一个数据结构——段描述符，来描述段。

2)       段可以进一步划分为页，段描述符粒度标志G位能反应是否划分了页。

 

同类技术？

1、页

因为段的长度不定,在分配内存时, 可能会发生内存中的空闲区域小于要加载的段, 或者空闲区域远远大于要加载的段. 在前一种情况下, 需要另外寻找合适的空闲区域; 在后一种情况下, 分配会成功, 但太过于浪费. 为了解决这个问题, 从80386处理器开始, 引入了分页机制. 分页功能从总体上来说, 是用长度固定的页来代替长度不一定的段, 藉此解决因段长度不同而带来的内存空间管理问题。

 

逻辑地址使用分页机制到物理地址的转换

分页机制使用两级转换表，

第一级是页目录（Pagedirectory），存储在物理页中，4KB大小，有1024个页目录项（Page directory entry）;

第二级是页表（PageTable），存储在物理页中，4KB大学，有1024个页表项（Page Table entry）。每一个页表项对应一个物理页（4KB）。

 

 

2、段页式

单个段的存储基于页式存储管理实现。对用户来讲，按段的逻辑关系划分，对操作系统讲，按页划分每一段。

 

对比同类的优缺点？

分页机制解决了内存碎片问题，便于管理，但不易实现共享，实现动态链接。

 

分段机制，便于动态申请内存，管理和使用统一化，便于共享，便于连接，但易产生碎片问题

 

段页式存储管理，结合二者的优点，克服两者的缺点。

 

组成部分？

这里主要说明段描述符的组成。

段描述符结构：

基地址

….

粒度标志

…..

类型

…..

 

 

 

注：

1、通过类型可以设置段为系统段和用户段

2、操作系统会用到很多段，每个段都有描述符，这些描述符又用另外一个数据结构管理——段描述符表，段描述符表也有很多，可分为全局的（GDT）和局部的(LDT)。

         3、由于分段机制使用的是逻辑地址，那么寻址时需要将它映射为线性地址：