探索Linux 操作系统内存模型和管理 （4）

 每个 TSS 段 (TSS segment) 描述符都代表一个不同的进程。TSS 中保存了每个 CPU 的硬件上下文信息，它有助于有效地切换上下文。例如，在 U->K 模式的切换中，x86 CPU 就是从 TSS 中获取内核模式堆栈的地址。

每个进程都有自己在 GDT 中存储的对应进程的 TSS 描述符。这些描述符的值如下：

●Base = &tss （对应进程描述符的 TSS 字段的地址；例如 &tss_struct）这是在 Linux 内核的 schedule.h 文件中定义的

●Limit = 0xeb （TSS 段的大小是 236 字节）

●Type = 9 或 11

●DPL = 0。用户模式不能访问 TSS。G 标志被清除

所有进程共享默认 LDT 段。默认情况下，其中会包含一个空的段描述符。这个默认 LDT 段描述符存储在 GDT 中。Linux 所生成的 LDT 的大小是 24 个字节。默认有 3 个条目：

●LDT[0] = 空

●LDT[1] = 用户代码段

●LDT[2] = 用户数据/堆栈段描述符

计算任务

要计算 GDT 中最多可以存储多少条目，必须先理解 NR_TASKS（这个变量决定了 Linux 可支持的并发进程数 —— 内核源代码中的默认值是 512，最多允许有 256 个到同一实例的并发连接）。

GDT 中可存储的条目总数可通过以下公式确定：

GDT 中的条目数 = 12 + 2 * NR_TASKS。正如前所述，GDT 可以保存的条目数 = 2^13 -1 = 8192。

在这 8192 个段描述符中，Linux 要使用 6 个段描述符，另外还有 4 个描述符将用于 APM 特性（高级电源管理特性），在 GDT 中还有 4 个条目保留未用。因此，GDT 中的条目数等于 8192 - 14，也就是 8180。

任何情况下，GDT 中的条目数 8180，因此： 2 * NR_TASKS = 8180 ,NR_TASKS = 8180/2 = 4090 。（为什么使用 2 * NR_TASKS？因为对于所创建的每个进程，都不仅要加载一个 TSS 描述符 —— 用来维护上下文切换的内容，另外还要加载一个 LDT 描述符。）

这种 x86 架构中进程数量的限制是 Linux 2.2 中的一个组件，但自 2.4 版的内核开始，这个问题已经不存在了，部分原因是使用了硬件上下文切换（这不可避免地要使用 TSS），并将其替换为进程切换。

接下来，让我们了解一下分页模型。

分页模型概述

分页单元负责将线性地址转换成物理地址（请参见图 1）。线性地址会被分组成页的形式。这些线性地址实际上都是连续的 —— 分页单元将这些连续的内存映射成对应的连续物理地址范围（称为 页框）。注意，分页单元会直观地将 RAM 划分成固定大小的页框。

正因如此，分页具有以下优点：

●为一个页定义的访问权限中保存了构成该页的整组线性地址的权限

●页的大小等于页框的大小

将这些页映射成页框的数据结构称为页表 (page table)。页表存储在主存储器中，可由内核在启用分页单元之前对其进行恰当的初始化。图 5 展示了页表。

图 5. 页表将页转换成页框

注意，上图 Page1 中包含的地址集正好与 Page Frame1 中包含的地址集匹配。