《深入理解Linux内核》读书笔记-第二章-内存寻址（1）

内存地址：
 
逻辑地址：包含在机器语言指令中用来指定一个操作数或一条指令的地址。
 
线性地址：一个32位无符号整数，也称虚拟地址。
 
物理地址：用于内存芯片级内存单元寻址，与从微处理器的地址引脚发送到内存总线上的电信号相对应。
 
在多处理器系统中，所有CPU都共享同一内存，这意味着，RAM芯片可以由独立的CPU并发地访问。由于RAM芯片上的读或写操作必须串行地执行，
因此一种所谓内存仲裁器的硬件电路插在总线和每个RAM芯片之间，其作用是如果某一个RAM芯片空闲，就准予一个CPU访问，如果该芯片忙于为
另一个处理器提出的请求服务，就延迟这个CPU的访问。
 
即使在单处理器上也使用内存仲裁器。因为单处理器系统中包含一个叫做DMA控制器的特殊处理器，而且DMA控制器与CPU并发操作。
 
 
硬件中的分段：
 
一个逻辑地址由一个16位段标识符（或称为段选择符，如下）和一个32位段内偏移组成。
 
段选择符包含13位的索引号、1位TI表指示器以及2位RPL请求者特权级。
 
每个段由一个8字节的段描述符表示，段描述符存放在全局描述符表（GDT）或者局部描述符表（LDT）中。通常只定义一个GDT，而每个进程都拥
有自己的LDT。
 
GDT的第一项总是设为0，这就确保空段选择符的逻辑地址会被认为是无效的，并能引起一个处理器异常。由此，GDT中最大段描述符数目为213-1。
例：如果GDT在0x0020000（这个值保存在gdtr寄存器中），且由段选择符所指定的索引号为2（即段选择符高13位的值为2），则由于GDT第一项为0，
由该段选择符所指定的段描述符地址是0x0020000+2*8或者0x0020010。
 
逻辑地址转换成相应线性地址：分段单元先检查段选择符的TI字段，决定段描述符的保存位置（GDT或者LDT），若为GDT，分段单元从gdtr寄存器
中得到GDT的线性基址，若为激活的LDT，则分段单元从ldtr寄存器中得到LDT的线性基址；然后，从段选择符的index字段计划段描述符的地址，把
这个地址与逻辑地址中的偏移量字段值相加，得到线性地址。
 
Linux中的分段：
 
分段可以给每一个进程分配不同的线性地址空间，而分页则可以把同一线性地址空间映射到不同的物理空间。与分段相比，Linux更喜欢使用分页方式，
因为：当所有进程使用相同的段寄存器值时，内存管理变得更加简单；Linux设计目标之一是可移植到大多数处理器平台上，而RISC体系结构对分段的
支持很有限。
 
Linux主要使用了四个段：用户代码段、用户数据段、内核代码段、内核数据段。相应的段选择符由宏__USER_CS、__USER_DS、__KERNEL_CS、
__KERNEL_DS定义，内核只需把相应宏产生的值装入cs段寄存器即可对相应的段寻址。
 
当对指向指令或者数据结构的指针进行保存时，内核不需为其设置逻辑地址的段选则符，因为cs寄存器就含有当前的段选择符。
 
例：当内核调用一个函数时，它执行一条call汇编语言指令，该指令仅指定其逻辑地址的偏移量部分，而段选择符不用设置，因为“在内核态执行”
的段只有内核代码段，由__KERNEL_CS定义。
 
在单处理器系统中只有一个GDT，而多处理器系统中每个CPU对应一个GDT。
 
Linux中每一个GDT包含18个段描述符，指向下列段：
l 用户态和内核态下的代码段和数据段共4个；
l 任务状态段，每个处理器有1个；
l 1个包含缺省局部描述符表的段，这个段通常被所有进程共享；
l 3个局部线程存储（TLS）段；
l 3个与高级电池管理相关的段；
l 5个与支持即插即用功能的BIOS服务程序相关的段；
l 1个被内核用来处理“双重错误”异常的特殊TSS段；
注：处理一个异常时可能会引发另一个异常，这咱情况下产生双重错误。
 
大多数用户态下的Linux程序不使用LDT，这样内核就定义了一个缺省的LDT供大多数进程共享。

作者 疯狂伯德