《 深入理解Linux内核》——第二章 内存寻址:读书笔记

内存寻址主要任务：将逻辑地址转换为物理地址。
逻辑地址---通过分段单元--》线性地址----通过分页单元---》物理地址
注意三个方面：分段、分页、TLB。（都是基于保护模式）
Intel微处理器两种不同方式进行地址转换：实模式（real mode）{用于开机加载时，兼容早期模型}、保护模式（protected model）。
分段和分页在某种程度上是有点多余。区别：分段可以给每一个进程分配不同的线性地址空间；分页可以把一个线性地址空间映射到不同的物理空间。
一、分段
段选择符（存放于段寄存器中）、段描述符。
1）段选择符 （和段寄存器）
段选择符Segment Selector（或者说：段标识符）16位：15-3，索引号；2，TI；1-0，RPL。
RPL（Request Privilege Level），TI（Table Indicator）
有6个段寄存器：cs，ss，ds，es，fs，gs。
其中cs 代码段寄存器，指向包含程序指令的段（一个进程中）
重要：两位字段CPL（Current Privilege Level），为0表示最高优先级，为3表示最低优先
级。Linux只用0级 和 3级，分别称为 内核态、用户态。
ss 栈段寄存器，指向包含当前程序栈的段（一个进程中）
ds 数据段寄存器，指向包含静态数据或任意的数据段（一个进程中）
其他三个寄存器做一般用途，可以指向任意的数据段。
2）段描述符
8个字节的Segment Descriptor。放在GDT（Global Descriptor Table）或LDT（Local Descriptor Table）中。
Linux中的段描述符类型：
代码段描述符、数据段描述符、任务状态段描述符（TSSD Task State Segment Descriptor）、局部描述符表描述符（LDTD Local Descriptor Table Descriptor)。
其中TSSD和LDTD只能出现在GDT中。其他两个可以出现在LDT或GDT中。

通常只定义一个GDT,每个进程除了存放在GDT中的段之外还需要创建附加的段，可以有自己的LDT。GDT在主存中的地址和大小存放在gdtr控制寄存器中，当前正被使用的LDT地址和大小放在ldtr控制寄存器中。

二、分页
1） 常规分页：
32位被分为3个域,Directory（高10位），Table（中间10位），Offset（最低12位）。
从80386起，Intel微处理器分页单元处理4Kb的页。
cr3寄存器：存放正在使用的页目录的物理地址。Directory和Cr3相加指向页目录表项、Talbe再相加指向 页表 表项，Offset再相加 指向 页 中的物理地址。

注意：0x2003ffff，Directory是0x080，因为高10位位 0010 0000 00，转为16进制，最高两位补0，为：0000 1000 0000, 0x080
2）扩展分页
允许页框大小是 4MB，（之前是4Kb）
Directory：高10位
Offset：低22位

PAE（physical Address Extend）。具体不详细列。
3）Linux中的分页
页全局目录（Page Global Directory）
页上级目录（Page Upper Directory）
页中间目录（Page Middle Directory）
页表（Page Table）
偏移（Offset）
进程页表：从0x0000 0000 到 0xbfff ffff，用户态、内核态都可以寻址
0xc000 0000 到 0xffff ffff，（3G~ 4G-1），只有内核态进程才能寻址。
0xc000 0000 （3G）这个值PAGE_OFFSET的值。进程在线性地址空间的偏移量。也是内核生存空间的开始之处。
Linux在初始化阶段一般是将896MB的RAM窗口 映射到 内核线性地址空间。（所以程序对RAM分4096Mb)

三、TLB

TLB（Translation Lookaside Buffer）用于加快线性地址转换。
L1_CACHE_BYTES在P4前的为32，P4上的为128。
Lazy TLB模式：只用于多核，多个CPU使用相同的页表，必须对这些CPU上的一个TLB表项刷新，在某些情况下，正在运行内核线程的那些CPU上的刷新可以延迟（只要不访问，下次切换就转到别的进程了）。