linux的分段和分页机制

一。 段机制:

    1。段描述符：

              在保护模式下，linux 有三种类型的描述符表，分别为： GDT（全局描述符表），LDT（局部描述符表），IDT（中断描述符表）。

               段描述符就是GDT 和 LDT 表中的一个数据结构项，用于向处理器提供有关一个段的位置和大小信息，访问控制状态信息。

 

   在保护模式下描述符由8个字节的数表示。

   第5个字节表示 存取权字节。如图所示：

       P表示存取位，表示这个段是否在内存中，P=1 表示在内存中，P=0 表示不在。

       DPL表示描述符特权级

       S表示段是系统段还是用户段。

在保护模式下，段寄存器中应该存放表的索引（段选择符）：

段寄存器为16位 

       0-1 位为RPL 请求者的特权值

       第2位为TL 选择相应的段描述符表（局部描述符表或全局描述符表）

       3-15 为索引

2.地址的转换

     虚拟地址转换成线性地址

     a.在段寄存器中装入段选择符同时把32位便宜量某个寄存器（如ESI EDI）

     b.根据选择符中的索引值 TI， RPL的值，以及相应段描述符表中的段地址和段界限，进行一系列检查，如果没有问题就取出相应的描述符放入段描述符高速缓冲器中，

     c.将描述符中的32位段基址和放在寄存器中的32位有效地址相加，就形成了线性地址。

3.linux中的段：

     linux内核的设计并没有全部采用Intel 所提供的段方案，仅仅有限度的用了分段机制，这不仅简化了Linux 内核的设计，而且增加了Linux  的可移植性， 因为很多的 RISC 处理器不支持段机制。

     在x86上设计操作系统是无法避免使用段机制的， Linux的设计者让段的基地址为 0 段的界限为 4G 。因此给出的地址就直接是线性地址。

      为了给代码段和数据段创建不同的段，而且内核和用户程序的特权级不同，所以linux 内核必须为内核和用户程序创建创建代码段和数据段。

      4 #define __KERNEL_CS 0x10
      5 #define __KERNEL_DS 0x18
      6
      7 #define __USER_CS   0x23
      8 #define __USER_DS   0x2B

可以看出linux 尽量减少对段的使用。

二。分页机制

      分页机制是完成线性地址对物理地址的转换。

      Cr0 寄存器的最高位为分页位，若为0 不允许分页，为1 时允许分页。

      页：将线性地址划分成大小相等的片

      页面：把物理空间分成与页大小相等的存储块。

分页机制就是页对页面的映射。页表就是这种数据结构。页表项中通常要包含物理页面地址和页的属性。

两级页表：

     每个页面的空间为4K ，4G 的空间要被划分成 1M 个页， 没个表项占4 个字节，页表就要占 4M 的连续空间。然而 4M 的页表可以再分（4M / 4K）1K个页。这样通过两级的索引，页表就不用占大的空间。

    

这样就实现了两级页表。具有两级页表的线性地址的结构如下：

 

2.页表项的结构：

物理页面的基地址：对页目录而言，指的是页表所在物理页面的起始地址，对页表而言，指的是页所对应物理页面在内存中的起始地址。因此低12位全部为0，就用高20位来描述32位的地址，低12位来描述属性。

第0位：p位，表示页是否装入内存中。

第1-2位：硬件保护位

第3位：是否采用写透方式，写透方式就是即写内存也写缓存。

第4位：表示是否启用高速缓存

第5位：访问位，对相应的物理内存进行访问该位为1

第9-11：是由操作系统专用。