[系统运维] linux内核学习1：内存地址(1)

开发: C++知识库 Java知识库 JavaScript Python PHP知识库人工智能区块链大数据移动开发嵌入式开发工具数据结构与算法开发测试游戏开发网络协议系统运维
教程: HTML教程 CSS教程 JavaScript教程 Go语言教程 JQuery教程 VUE教程 VUE3教程 Bootstrap教程 SQL数据库教程 C语言教程 C++教程 Java教程 Python教程 Python3教程 C#教程
数码: 电脑笔记本显卡显示器固态硬盘硬盘耳机手机 iphone vivo oppo 小米华为单反装机图拉丁

-> 系统运维 -> linux内核学习1：内存地址(1) -> 正文阅读

[系统运维]linux内核学习1：内存地址(1)

1. 程序反汇编

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gccs编译，再反编译后会看到以下指令：

mov 0x80495b0, %eax

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

2. LINUX地址分类

当使用80x86微处理器时，必须区分以下三种不同的地址：

逻辑地址（logical address），每一个逻辑地址都由一个段（segment）和偏移量（offset或者displacement）组成，偏移量指明了从段开始的地方到实际地址之间的距离。
线性地址（linear address），也称虚拟地址（virtual address），是一个32bit无符整数，可以用来表示4G的地址，通常由16制数字表示。可以认为是cpu执行程序过程中的一种中间地址。
物理地址（physical address），用于内存芯片级内存单元寻址，与地址总线相对应。他们与从微处理器的地址引脚范松到内存总线上的电信号相对应，物理地址由32bit或36bit无符号整数表示。

逻辑地址——>【分段单元】——>线性地址——>【分页单元】——>物理地址

2.1 实模式和保护模式

具体区别查看：https://zhuanlan.zhihu.com/p/42309472
实模式的"实"更多地体现在其地址是真实的物理地址。
保护模式，实现更大空间的，更灵活也更安全的内存访问。

2.2.逻辑地址转换成线性地址

在 80386中，有6个16位的段寄存器，但是，这些段寄存器中存放的不再是某个段的基地址，而是某个段的选择符（Selector）。因为16位的寄存器无法存放32位的段基地址，段基地址只好存放在一个叫做描述符表（Descriptor）的表中

我们在寻址的时候，一般是从段寄存器拿到段选择符，然后再根据选择符的索引号，找到段描述符，然后从段描述符中取出段基址，加上偏移就形成了我们要访问的地址

段选择符

段选择符（或称段选择子）是段的一个十六位标志符，段选择符用来表示指向哪个段描述符，即用来在段描述符中寻址

索引号：给出了描述符在GDT或LDT表中的索引项号。 TI : TI（[2]）TI = 0 ，表示描述符在GDT中
TI =1，表示描述符在LDT中。
RPL :请求特权级,装在cs寄存器中，值为0代表最高优先级，为3代表最低优先级。linux中只用哪0级和3级，分别称之为内核态和用户态

在这里插入图片描述

为了更方便的找到段选择符，处理器提供了段寄存器，段寄存器的唯一目的就是存放段选择符。

段寄存器

段寄存器：有6个段寄存器，分别为：
cs（代码段寄存器）——包含程序指令的段
ss（栈段寄存器）——包含当前程序栈的段
ds（数据段寄存器）——包含静态数据或者全局数据的段
es、fs和gs，用于存放段选择符。——一般用途，指向任意的数据段

cs除了是包含程序指令的段，还包含前面提到的请求特权级（RPL）,值为0代表最高优先级，为3代表最低优先级。linux中只用哪0级和3级，分别称之为内核态和用户态

段描述符

段描述符8个字节，描述了段的特征。段描述符存放在全局描述符（GDT）或者局部描述符（LDT）中

GDT在主存中的地址和大小存放在gdtr控制寄存器中，当前正在被使用的LDT的地址和大小放在ldtr控制寄存器中。

段描述符具有64位在GDT表中结构如下：
在这里插入图片描述

P位：段描述符中高4字节中的15位P位是最重要的1位，如果P=0代表这个段描述符不用看了无效是个无效描述符

          P=1代表这个段描述符有效（如果P=0其它的所有操作比较啊都没有意义）

G位：是粒度G=0代表20位的Limit的单位是BYTE,G=1代表20位的Limit的单位是4KB一个页

        G=0或1只会决定能访问的大小，不会决定段的大小,只决定Limit的范围（而Limit决定你能访问段的大小）

D/B位：会在后面进行讲解比较复杂

DPL:在段描述符的高4字节的13-14位，表示段描述符特权级，只有想要加载这个段描述符的选择子的请求特权级别高于

        或者等于DPL才能加载这个段（也就是你达到了女方要求的条件了）RPL（权限大于）>=DPL只是条件之一，下一篇帖子

        段权限检查会给大家全面的讲述，加上实践检验

S位: S=0代表这个描述符是系统段描述符，S=1代表这个段描述符是代码段描述符或者数据段描述符

      GDT中的描述符分为两类一类是系统段描述符，另一种数据段描述符或者代码段
Type：描述段的类型特征和它的存取权限，4-bit

还有其他的这里不详细讲，看上面的图

常见的几种段描述符Type（即上面Type字段）：

代码段描述符（Code Segment Descriptor），代表一个代码段，可以放在GDT或者LDT中，该描述符S标志为1（非系统段）。、-
数据段描述符（Data Segment Descriptor），代表一个数据段，可以放在GDT或者LDT中，S标志为1。
任务状态段描述符（Task State Segment Descriptor，TSSD），代表一个任务状态段（Task State Segment，TSS），也就是说这个段用于保存处理器寄存器的内容，只能出现在GDT中。
局部描述符表描述符（Local Descriptor Table Descriptor，LDTD），代表一个包含LDT的段，只出现在GDT中，S标志为0。

段描述符的地址 = GDT/LDT的值（保持在gdtr/ldtr寄存器） + （段选择符的索引值 * 8）
能够保持在GDT中的段描述符的最大数目是8191，即2^13 -1

分段单元工作步骤

下图显示了一个逻辑地址是怎样转换成对应的线性地址的。

① 检查段选择符的TI字段，以确定段描述符保存在GDT还是LDT中

② 段描述符地址 = gdtr / ldtr + 段选择符index字段 * 8（每个段描述符8B）

③ 线性地址 = 段描述符base字段 + 逻辑地址的偏移量

在这里插入图片描述

对上面的各种地址的阶段性总结如下：

CPU将一个虚拟地址空间的地址转换为物理地址，需要进行两步：首先将给定的逻辑地址，即[段标识符：段内偏移量]这样的形式，利用段式管理单元，转化为线性地址，然后利用页式内存管理单元，转化为最终的物理地址。
　　参考https://blog.csdn.net/baidu_35679960/article/details/80463445
　　 https://blog.csdn.net/wxzking/article/details/5905214

在Linux下，逻辑地址与线性地址总是一致（是一致，不是有些人说的相同）的，即逻辑地址的偏移量字段的值与线性地址的值总是相同的。！！！”所以如果做linux下内核开发，对于上述的x86的段式管理可以完全不用理会，我们可以认为linux根本没有用intel弄出来的这个段式管理，而是以页式管理完成了所有的内存管理工作。
这个在下一个介绍
在这里插入图片描述