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4-4 linux内存管理子系统 4-4-1 linux内存管理（参考课件） 物理地址：cpu地址总线上寻址物理内存的地址信号，是地址变换的最终结果 逻辑地址：程序代码经过编译后，出现在汇编程序中的地址（程序设计时使用的地址） 线性地址：又名虚拟地址，32位cpu架构下4G地址空间 CPU要将一个逻辑地址转换为物理地址，需要两步： 1、首先CPU利用段式内存管理单元，将逻辑地址转换成线性地址； 2、再利用页式内存管理单元，把线性地址最终转换为物理地址 相关公式： 逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器)（通用的） 16位CPU：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 线性地址=段寄存器的值×16+逻辑地址的偏移部分 物理地址=线性地址（没有页式管理） 32位CPU：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 线性地址=段寄存器的值+逻辑地址的偏移部分 物理地址——线性地址（mapping转换） ARM32位：逻辑地址=段基地址+段内偏移量(段基地址寄存器+段偏移寄存器) 逻辑地址=段内偏移量（段基地址为0） 线性地址=逻辑地址=段内偏移量（32位不用乘以32） 物理地址——线性地址（mapping转换） ************************!!以下都是x86模式下!!********************************* 段式与页式存储管理的比较如下表所示。 段式 页式 分段由用户设计划分，每段对应一个相应的的程序模块，有完整的逻辑意义。 分页用户看不见，由操作系统为内存管理划分。 段面是信息的逻辑单位 页面是信息的物理单位 便于段的共享，执行时按需动态链接装入。 页一般不能共享 段长不等，可动态增长，有利于新数据增长。 页面大小相同，位置不能动态增长。 二维地址空间：段名、段中地址；段号、段内单元号 一维地址空间 管理形式上象页式，但概念不同 往往需要多次缺页中断才能把所需信息完整地调入内存 实现页（段）的共享是指某些作业的逻辑页号（段号）对应同一物理页号（内存中该段的起始地址）。页（段）的保护往往需要对共享的页面（段）加上某种访问权限的限制，如不能修改等；或设置地址越界检查，对于页内地址（段内地址）大于页长（段长）的存取，产生保护中断。 ???段寄存器是为了对内存进行分段管理而增加的，16位CPU有4个段寄存器，程序可同时访问4个不同含义的段。 ? 1、CS+IP：用于代码段的访问，CS指向存放程序的段基地址，IP指向下条要执行的执行在CS端的偏移量，用这2个寄存器就可以得到一个内存物理地址，该地址存放着一条要执行的指令。 2、SS+SP：用于堆栈段的访问，SS指向堆栈段的基地址，SP指向栈顶了，可以通过SS和SP两个寄存器直接访问栈顶单元的内存物理地址。 ?3、DS+BX：用于数据段的访问。DS中的值左移4位得到数据段起始地址，再加上BX中的偏移量，得到一个存储单元的物理地址。 ?4、ES+BX：用于附加段的访问。ES中的值左移4位得到附加段起始地址，再加上BX中的偏移量，得到一个存储单元的物理地址。 三、32位CPU ?? 2种工作模式：实模式和保护模式 ? 1、实模式下，32位内存管理和16位CPU是一致的。 ? 2、段基地址长达32位，每个段的最大容量4G，段寄存器的值是段地址的“选择器”，用该选择器从内存中得到一个32位的段地址，存储器单元的物理地址就是该段地址加上段内偏移量。得到线性地址空间。 ????? 从管理和效率的角度出发，线性地址被分为固定长度的组，成为页，例如32位机器，线性地址最大可为4G，如果用4KB为一个页来划分，这样整个线性地址就被划分为2的20次方个页。 ????? 线性地址通过映射关系得到物理地址。 四、linux段管理 ??? 所有段的基地址为0，每个段的逻辑地址空间范围为0~4G，因为每个段的基地址为0，因此，逻辑地址到线性地址映射不变，在Linux中所提到的逻辑地址和线性地址指的也就是同一地址。看来，linux巧妙的把段机制给绕过去了，完全利用了分页机制。 linux2.6.29采用四级页管理架构。 1.2、32位CPU： 1)实模式： 与16位时是一样的 段寄存器的值×16就是段地址 2)保护模式： 段寄存器的值是一个选择器，间接指出一个32位的段地址 段基地址长达32位，每个段的最大容量可达4G，段寄存器的值是段地址的“选择器”(segment selector),用该“选择器”从内