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电梯直达

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发表于 2008-11-22 21:21 |只看该作者 |倒序浏览

Linux内存管理图解
作者：wdy
转自：http://hi.baidu.com/delphiss/blo ... d0dfff1a4cff8a.html

研究内核时间不长，前几天画了个内存管理大图，感觉太乱，准备细分写点东西也算是整理一下自己的思路。都是一个人瞎琢磨的，周围没有可以交流的，不正确的地方请指出来。

一、逻辑地址转线性地址

机器语言指令中出现的内存地址，都是逻辑地址，需要转换成线性地址，再经过MMU(CPU中的内存管理单元)转换成物理地址才能够被访问到。

我们写个最简单的hello world程序，用gcc编译，再反编译后会看到以下指令：

mov 0x80495b0, %eax

复制代码

这里的内存地址0x80495b0 就是一个逻辑地址，必须加上隐含的DS 数据段的基地址，才能构成线性地址。也就是说 0x80495b0 是当前任务的DS数据段内的偏移。

在x86保护模式下，段的信息（段基线性地址、长度、权限等）即段描述符占8个字节，段信息无法直接存放在段寄存器中（段寄存器只有2字节）。Intel的设计是段描述符集中存放在GDT或LDT中，而段寄存器存放的是段描述符在GDT或LDT内的索引值(index)。

Linux中逻辑地址等于线性地址。为什么这么说呢？因为Linux所有的段（用户代码段、用户数据段、内核代码段、内核数据段）的线性地址都是从 0x00000000 开始，长度4G，这样线性地址=逻辑地址+ 0x00000000，也就是说逻辑地址等于线性地址了。

这样的情况下Linux只用到了GDT，不论是用户任务还是内核任务，都没有用到LDT。GDT的第12和13项段描述符是 __KERNEL_CS 和__KERNEL_DS，第14和15项段描述符是 __USER_CS 和__USER_DS。内核任务使用__KERNEL_CS 和__KERNEL_DS，所有的用户任务共用__USER_CS 和__USER_DS，也就是说不需要给每个任务再单独分配段描述符。内核段描述符和用户段描述符虽然起始线性地址和长度都一样，但DPL(描述符特权级)是不一样的。__KERNEL_CS 和__KERNEL_DS 的DPL值为0（最高特权），__USER_CS 和__USER_DS的DPL值为3。
用gdb调试程序的时候，用info reg 显示当前寄存器的值：

cs 0x73 115
ss 0x7b 123
ds 0x7b 123
es 0x7b 123

复制代码

可以看到ds值为0x7b, 转换成二进制为 00000000 01111011，TI字段值为0,表示使用GDT，GDT索引值为 01111，即十进制15，对应的就是GDT内的__USER_DATA 用户数据段描述符。
从上面可以看到，Linux在x86的分段机制上运行，却通过一个巧妙的方式绕开了分段。Linux主要以分页的方式实现内存管理。