記憶體定址(上)

2021-07-23 03:50:52 字數 2810 閱讀 1187

每乙個邏輯位址由乙個段位址和偏移位址組成。在有位址變換功能的計算機中,訪問指令給出的位址 (運算元) 叫邏輯位址,也叫相對位址。
由一塊連續的虛擬記憶體空間組成。在80x86微處理器中是乙個32位無符號整數,可以用來表示4gb的位址,也就是4294967個記憶體單元。
是計算機內的實際位址,它們與從微處理器的位址引腳傳送到記憶體匯流排上的電訊號對應。在80x86微處理器中由32位或36位無符號整數表示。

從80286模型開始,intel微處理器以兩種不同的方式執行位址轉換,這兩種方式分別為實模式(real mode)和保護模式(protested mode)。

實模式被特殊定義為20位位址記憶體可訪問空間上,這就意味著它的容量是2的20次冪(1m)的可訪問記憶體空間(物理記憶體和bios-rom),軟體可通過這些位址直接訪問bios程式和外圍硬體。

保護模式又被稱作為虛擬位址,它本身本身是80286及以後相容處理器序列之後產成的一種操作模式,它具有許多特性設計為提高系統的多道任務和系統的穩定性。例如記憶體的保護,分頁機制和硬體虛擬儲存的支援。現代多數的x86處理器作業系統都執行在保護模式下,包括linux, free bsd。

乙個邏輯位址由兩部分組成:乙個段識別符號和乙個指定端內相對位址的偏移量。段識別符號是乙個16位長的字段,稱作段選擇符,而偏移量是乙個32位字長的字段。為了方便地找到段選擇符,處理器提供段暫存器,段暫存器的唯一目的是存放段選擇符。

每個段由乙個8位元組的段描述符表示,他描述了段的特徵。段描述符放在全域性描述符表(gloabal descriptor table,gdt),或ldt(local descriptor table,ldt)中。

為了加速邏輯位址到線性位址額轉換,80x86處理器提供了一種附加的非程式設計的暫存器,供6個可程式設計的段暫存器使用。每當乙個段選擇符被裝入段暫存器時,相應的段描述符就由記憶體裝入到對應的非程式設計cpu暫存器。從那時起,針對那個段的邏輯位址轉換就可以不訪問主存中的gdt或ldt,處理器只需直接引用存放段描述符的cpu暫存器。

分段單元執行以下操作

先檢查段選擇符的ti欄位,以決定段描述符儲存在哪乙個描述符表中。ti欄位指明描述符是在gdt中還是在ldt中。

從段選擇符的index欄位計算段描述符的位址,index欄位的值乘以8,這個結果與gdtr或ldtr暫存器中的內容相加。

把邏輯位址的偏移量與段描述符base欄位的值相加就得到了線性位址。

linux以非常有限的方式使用分段,與分段相比,linux更喜歡使用分頁方式,因為:

當所有程序使用相同的段暫存器值時,記憶體管理變得更簡單,也就是說它們能共享同樣的一組線性位址

linux設計目標之一是可以把它移植到絕大多數流行的處理器平台上。然而,risc體系結構對分段的支援十分有限。

linux 2.6只有在80x86結構下才需要使用 分段。

執行在使用者態和執行在核心態的程序使用不同的段描述符,於是在linux下就有了4個重要的段描述符字段:

使用者**段

使用者資料段

核心**段

核心資料段

相應的段選擇符由巨集__user_cs,__user_ds,__kernel_cs,__kernel_ds分別定義。

在單處理器系統中只有乙個gdt,在多處理器系統中系統每個cpu對應乙個gdt。所有的gdt都存放在cpu_gdt_table陣列中,所有gdt的位址和它們的大小被存放在cpu_gdt_dsescr陣列中。

每個gdt包含18個段描述符和14個空的,未使用的或保留的項。

每個gdt中包含的18個段描述符指向下列段

使用者和核心態下的**段和資料段共4個。

任務狀態段(tss),每個處理器有1個。

1個包括預設區域性描述符表的段,這個段通常是被所有程序共享的段

3個區域性執行緒儲存(thread-local storage,tls)段,這種機制允許多執行緒應用程式使用最多3個區域性與執行緒的資料段。

與高階電源管理(amp)相關的3個段。

與支援即插即用(pnp)功能bios服務程式相關的5個段。

被核心用來處理「雙重錯誤」異常的特殊tss段。

大多數使用者態下的linux程式不使用區域性描述符表,這樣核心就定義了乙個預設的ldt供大多數程序共享。預設的區域性描述符表存放在default_ldt陣列中。

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