linux内存寻址原来那么简单-编程知识

内存寻址听起来高大上，其实真实处理起来很简单，以常见的80x86架构为例，有三种不同的地址：

地址转换关系
内存控制单元(MMU)通过分段单元的硬件电路把一个逻辑地址转化为线性地址，通过分页单元的硬件电路把线性地址转换为一个物理地址，如上图。

逻辑地址(logical address) : 用来指定一个操作数或一条指令的地址。每一个逻辑地址都由一个段和偏移量组成，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)也常被称为虚拟地址 : 是一个32位的无符号整数，取值范围0x00000000 - 0xffffffff

物理地址(physical address) : 内存芯片级内存单元寻址。

饭要一口一口吃，路要一步一步走，通过以上介绍我们明白了三种地址之间的关系，接下来我们分步拆解地址转换的过程：

通过地址转换关系一图，我们可以知道逻辑地址需要通过分段单元才能转换为线性地址(linear address)。下图就是分段单元的实现：

分段单元

逻辑地址并不是真正的地址，它由段和偏移量组成。 想要得到段，我们首先要知道段是什么段又在哪？

段是代码段、数据段、栈段，按照是否是内核态，又可以分为内核代码段、内核数据段、内核栈段，用户代码段、用户数据段、用户栈段，图中给出的Selector就是用来确定使用哪个段的。

Selector又称为段选择符，或者段选择器，我更倾向于称其为段选择器，段选择器的实现如下图：
在这里插入图片描述
段选择器由三部分组成：

从图中我们能够看出，Index乘以8能定位出Descriptor中的段描述符，TI(Table indicator)指示出是gdt还是在ldt中，TI=0说明段描述符在gdt中，TI=1说明段描述符在ldt中。

那问题来了，段选择器又是从哪里来的，我们编程通常接触不到这些，就算是看汇编也只接触到一些寄存器就结束了，因此为了程序能够控制段选择器，处理器提供了段寄存器，顾名思义，段寄存器就是用来存放段选择符(器)的地方，常见的有cs,ss,ds,es,fs和gs，其中有三个有专门的用途:

**注意：**cs寄存器中包含一个两位的字段，用以指名CPU当前的特权级别(Current privilege level, CPL)，该字段只有两个值0和3,0代表最高优先级，3代表最低优先级。

段描述符的大小为8字节，因此、通过index * 8能定位出段描述符的偏移量，TI的值指示出应该去gdtr还是去ldtr寄存器中取值。

.段描述符
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如何计算出段描述符地址？

通过分段单元的图我们可以看到，index * 8 + (TI指定的描述表)就能得到段描述符的地址。
因此，如果TI=0，GDT在0x00020000(这个值保存在gdtr寄存器中)，index的值为2,那么短描述符地址就是 2 * 8 + 0x00020000 = 0x00020010

如何计算出线性地址？

从段描述符一图中，我们看到很多部分，我们在计算线性地址之前需要先了解一下该部分的组成：

字段名	描述
Base	指向段首字节的线性地址
G	粒度标识，0代表以字节为单位，否则以4096字节为的倍数单位
Limit	存放段中最后一个内存单元的偏移量，从而决定段的长度
S	0 代表系统段，存储诸如LDT这种关键数据结构，否则它是一个普通的代码段或数据段
Type	段的特征
DPL	描述符特权级别
P	是否在主存中
D或B	取决于是代码段还是数据段