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深入理解linux內核之(一)內存尋址
深入理解linux內核之內存尋址
基於80x86微內核處理器，我們將地址分為三類：
- 邏輯地址，也就是我們在匯編語言中使用的，由段和偏移量組成。例如指定操作數地址，這些都是邏輯地址，邏輯地址也就是我們寫程序的時候用到的地址。
- 線性地址, 也就是虛擬地址，32位機器，虛擬地址最高可以訪問4G
- 物理地址
MMU內存管理單元電路，將邏輯地址通過分段單元（Segmentation UNIT）轉換成線性地址，將線性地址通過分頁單元（Page UNIT）轉換為物理地址
Linux除了特定的8086構架以外，Linux一般不適用分段的方式，用這種尋址相對簡單，而且在各個平台之間具有可移植性，目前除了我們熟悉的i386外，大部分處理器都支持分頁機製。
了解分頁機製，需要理解兩個概念：
- 頁：固定長度的一段間隔，對於32位機器來說，一般是4k.。頁內部連續的線性地址映射連續的物理地址。頁是可以包含數據的一係列的線性地址組，也可以叫集合。
- 頁框（page framework）：分頁單元（page UNIT）把RAM看做是若幹有固定長度的頁框，RAM由若幹頁框構成（理論上的劃分）。那麼，頁框其實就是物理內存中塊的概念，RAM可以被分成很多塊。頁框內部就是內存塊。頁框和頁結合起來看，那麼頁就是水，頁框就是杯子，水可以放到任何一個杯子裏麵。也即是說，某個頁和某個頁框之間不是綁定的。固定的是頁框，可以移動的是頁。
- 頁表：也表示將虛擬地址映射到物理地址的數據結構。
Linux使用多級分頁的機製。
對於32位機器來說，2級分頁就足夠了。對於6使用4級分頁。
下麵針對32位機器的2級分頁進行講解Linux的多級分頁機製
32位地址通常劃分為3部分：
- 0~11：OFFSET
- 12~21：TABLE
- 22~31：DIRECTORY
具體劃分情況可以看下圖：
從上麵這個圖我們就可以看的很明白了。
當前正在使用的Page Directory的物理地址是被保存在在一個叫cr3的寄存器中。我們假設cr3中的值是m。那麼對於一個特定的32位地址（線性地址）來說，m加上DIRECTORY的值就是Page Table的地址，此地址指向一個Page frame的地址，這個Page frame地址加上OFFSET偏移量，就可以對該Page內的數據進行訪問。可以見，由於OFFSET是12位的，那麼一個Page內部的偏移量可以從達到4k。這也就是為什麼32位機器，一般一個Page是4k的原因了。DIRECTORY有10位，TABLE有10位，OFFSET有12位，1024 x 1024 x 4096 = 4G 。由此，32位線性地址就可以訪問4G的內容了。
理論上，4G都是可以訪問的，但是對於一個進程來說，需要對這4G空間重新劃分，用戶空間可以訪問0~3G的3G的空間，內核空間隻能訪問3~4G的1G空間。
在linux啟動過程中，linux內核鏡像文件是在0x00100000開始被裝載的，之前的1M空間被用來運行BIOS一起相關初始化工作。
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最後更新：2017-04-02 06:51:24