操作系统学习手册

操作系统是计算机相关专业本科课程中最重要的课程！

操作系统是计算机相关专业本科课程中最重要的课程！

操作系统是计算机相关专业本科课程中最重要的课程！

重要的事情说三遍。大学读了两年半了，学习了3,4门硬件课程。我发现在我的大学中，本科硬件课程总体偏理论，旨在构建计算机硬件理论体系。之前汇编，组成原理和之后的体系结构，其实都是一轮一轮的在学生脑海中构建计算机硬件体系结构。作为硬件课程的核心课程，操作系统的重要性不言而喻。

接下来开始介绍相关信息。

LDT，即local descriptor table，局部解释器表，由ldtr这个寄存器找到。ldtr存放的是selector值，selector就是段选择子，用来存放段信息。段选择子是一个16位寄存器，它各位的含义如下图：

其中RPL是请求特权级，当访问一个段时，处理器要检查RPL和CPL（放在cs的位0和位1中，用来表示当前代码的特权级），即使程序有足够的特权级（CPL）来访问一个段，但如果RPL（如放在ds中，表示请求数据段）的特权级不足，则仍然不能访问，即如果RPL的数值大于CPL（数值越大，权限越小），则用RPL的值覆盖CPL的值。而段选择子中的TI是表指示标记，如果TI=0，则表示段描述符（段的详细信息）在GDT（全局描述符表）中，即去GDT中去查；而TI=1，则去LDT（局部描述符表）中去查。

在32位处理器下，逻辑地址是我们获得的第一个地址。那么什么是逻辑地址呢？

逻辑地址：intel 8086实模式下，逻辑地址就是物理地址。什么是实模式？

实模式：intel8086采取按1M内存索引的方式。因此，intel8086总线一共20位。在此模式下，段基址左移1位（乘16）之后加上段偏移，再模1M，就得到物理地址。在实模式下，段选择子叫“段选择器”，在保护模式下，段选择器叫“段选择子”

回到LDT。逻辑地址高13位作为索引，下一位作为LDT 或者GDT选择符。逻辑地址高16位的最后两位就是优先级策略，一共4个等级。LDT和GDT的结构一样，每项占8个字节。

接下来看看段描述符里面放置的是什么内容：

可以看到，段描述符是一个64位二进制的数，存放了段基址和段限长等重要的数据。其中位P（Present）是段是否存在的标记；位S用来表示是系统段描述符（S=0）还是代码或数据段描述符（S=1）；四位TYPE用来表示段的类型，如数据段、代码段、可读、可写等；DPL是段的权限，和CPL、RPL对应使用；位G是粒度，G=0表示段限长以位为单位，G=1表示段限长以4KB为单位；其他内容就不详细解释了。

假设我们找到的段描述符为:0x00003fff 0x10c0f300,我们来提取重要信息：

首先，第一个0000位基地址高16位。10c0f300中的高二和低二组合：1000，连接上刚才的0000，即为：10000000，这就是我们找到的基地址。加上段偏移，即可得到线性地址。

从线性地址到物理地址，我们需要用到分页管理方式。假如不存在分页管理方式，那么线性地址就是物理地址。首先，我们辛辛苦苦找到的32位的线性地址得分成10+10+12的模式。前十位作为页目录号，用来在页目录表中找到页表值。如下图：

 

页目录表的位置由CR3寄存器指引。页目录表和页表都是10位，寻址范围为1k，由于每个地址存放4B（32位）的地址，因此页目录表加上页表总共占内存8k。页目录表找到页表之后，中间十位在页表中找到物理地址基址，加上最后的12位，就得到 了内存条上看得见摸得着的物理地址。

页目录表和页表每条目录都是32位，其中前20位存放的是地址，而后12位存放其他属性，我们需要的是前20位。

我们按照以上方法，就能逐步根据逻辑地址找到物理地址。最后，什么是虚拟地址呢？虚拟地址是一种扩展内存的策略。打个比方，我要从哈尔滨去沈阳，我其实没必要铺上这将近600公里的铁路。起始，我只需要10公里的铁轨就行----每行驶完10公里，就把末端的铁轨拆下来铺到火车前面即可。当然，这个过程需要很快。计算机中就可以执行这么快，因此计算机可以拆后轨铺前轨。这就是虚拟地址的原理。