一、Intel CPU物理結構
x86實模式
實模式
- 20位：1M內存空間
- 地址表示方式：段地址（16位）：偏移地址（16位）
- 段地址4位對齊
保護模式
- 32位地址空間：4GB
- 支持多任務，任務切換，上下文保護
- 進程隔離：代碼和數據的安全
- 支持分段機制和分頁機制
- 新的寄存器
控制寄存器CR0
CR0的低5位組成機器狀態字（MSW）
- PE：0——實模式；1——保護模式
- MP：1（系統由數學協處理器時）
- EM：0（仿真協處理器）
- TS：任務切換，切換任務時自動設置
- PG：允許分頁
控制寄存器CR2
如果發生缺頁，引發缺頁的線性地址保護在CR2中
控制寄存器CR3
CR3包含頁目錄基址：高20位
x86 CPU架構下的三種地址
邏輯地址
線性地址
物理地址
- 第一級：段機制（邏輯地址到線性地址）
- 第二級：分頁機制（線性地址到物理地址）
二、Intel CPU段機制
段：一段連續內存
段描述符：描述段的屬性，8字節
- 段基址
- 段界限
- 段屬性
- 段類型
- 訪問該段所需最小特權級
- 是否在內存
描述符
段基址：32位（段基址1+段基址2）
段界限：20位（段界限1+段界限2）
描述符表
存放描述符的數組
長度：8字節的整數倍
類型
- 全局描述符表GDT（系統僅1個）
- 局部描述符表LDT（每個進程都有）
- 中斷描述符表IDT（中斷門描述符）
選擇子：選擇子用於選擇GDT/LDT中的某個描述符
構成：
- 索引域（13位）
- TI域（1位）
- 特權級別域（2位）
三、liunx頁面機制
硬件分頁
分頁
- Intel CPU的頁：4GB
- 通過設置CR0的PG位開啓分頁功能
- 分頁：線性地址->物理地址
- 在MMU中進行分頁
Linux三級頁表結構
二級頁表
爲了對小頁表進行管理和查找，另設一個頁目錄的表，記錄每個小頁表的存放位置（即頁框號）
頁目錄：一級頁表或外部頁表；小頁表：二級頁表
映射特點：
- 訪問數據需要三次訪問內存
- 頁目錄調入內存
- 頁表按需要調入主存
- 頁面、頁表、頁目錄的大小都剛好4K（佔一個頁框）
四、Linux對段的支持
Linux段機制
進程建立是，段機制對寄存器初始化
liunx四個範圍一樣的段：內核數據段、內核代碼段、用戶數據段、用戶代碼段
各段屬性不同
- 內核段特權級爲0
- 用戶段特權級爲3
作用：
利用段機制隔離用戶數據和系統數據
- 保留段的等級保護機制
簡化（避免）邏輯地址到線性地址轉換
- 可以直接將虛擬地址當做線性地址