Linux内存寻址

我会尽力以最简洁清晰的思路来写这篇文章。

 

所谓内存寻址也就是从写在指令里的地址，转化为实际物理地址的过程。因为操作系统要兼顾许多东西，所以也就变得复杂。

 

逻辑地址 → 线性地址 → 物理地址

 

逻辑地址 = 段 + 偏移量

 

因为：最开始cpu中的alu宽度只有16位，但地址总线宽度有20位。所以设置四个段寄存器：cs(指令),ds(数据),ss(堆栈),es(其它)。

每个段寄存器16位，对应地址总线高16位。每条指令中的16位内部地址与某个段寄存器中内容相加，得到20位的实际地址。

 

上述的16位内部地址到20位实际地址的转换还是8086的时代。

到了80386,32位cpu的时代，许多情况都发生改变。其中一点：要实施“保护模式”。还要兼容过去的段寄存器。

 

于是，之前的公式从新写为：

             逻辑地址 = 段选择符(16位) + 偏移量(32位)

 

所以对80386cpu的寻址还是要基于从前8086寻址方式来理解，《linux内核源代码情景分析》中这样描述：

 

可简单记为：段寄存器(段选择符) → 地址段描述结构（段描述符） → 基地址 → 指令中发出的地址 + 基地址 = 物理地址

 

地址段描述结构（段描述符） 从何而来：在cpu中增设两个寄存器，一个是全局性的段描述表寄存器GDTR；一个是局部性的段描述表寄存器LDTR。

                      段描述符地址  =  段选择符index字段×8 + gdtr/ldtr寄存器中的值

 

这张图可以表现，怎样由段寄存器（段选择符）得到段描述符 。

 

段选择符得到“段”的过程，一种是访问段描述表得到段描述符。

另外还可以通过非编程寄存器，不访问段描述表得到段描述符。

总之，是段选择符（段寄存器） → （ 段描述符表 → ）段描述符 → 基地址的过程。

 

段描述符：

 

 

继续推导之前的式子：

            段描述符的获得：段选择符index字段×8 + gdtr/ldtr寄存器中的值

            基址 = 段描述符Base字段

            逻辑地址 = 段选择符(16位) + 偏移量(32位) = 段描述符Base字段 + 偏移量

参考资料：

   《汇编语言》王爽

   《linux内核源代码情景分析》毛德操

   《Understanding the Linux Kernel》Daniel P. Bovet / Marco Cesati