本系列是對 陳莉君 老師 Linux 內(nèi)核分析與應用^[1] 的學習與記錄。講的非常之好，推薦觀看

留此記錄，蜻蜓點水,可作拋磚引玉

2.1 內(nèi)存尋址

數(shù)據(jù)連續(xù)存儲和選擇讀取思想,是目前我們使用的幾乎所有機器運行背后的靈魂

計算機體系結(jié)構(gòu)中的核心問題之一,就是如何有效地進行內(nèi)存尋址; 內(nèi)存尋址技術(shù),從某種程度上代表了計算機技術(shù).

"段"的引入:

段描述了一塊有限的內(nèi)存區(qū)域,區(qū)域的起始位置存在專門的寄存器,也就是段寄存器中.

"保護模式"的引入:

訪問內(nèi)存時不能直接從段寄存器中獲得段的起始地址,而需經(jīng)過額外的轉(zhuǎn)化或檢查

"黃金時代":

Linux內(nèi)核中的C和匯編語言

• 用的GNU的擴展C
• 匯編語言用的是AT&T的匯編格式與Intel的匯編格式稍有差異

在C語言中,也可以嵌入?yún)R編語言,叫做GCC嵌入式匯編

2.2 段機制

將虛地址轉(zhuǎn)換為線性地址

使用readelf和objdump解析目標文件^[2]

MMU: 內(nèi)存管理單元,和CPU是在一起的.MMU把虛地址轉(zhuǎn)化成物理地址,送給存儲器.

(Intel)I386的體系結(jié)構(gòu)^[3]

2.3 分頁機制

分頁在分段之后進行,其作用是完成從線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換

必須在保護模式下才能啟動分頁功能

在32位系統(tǒng)上一般默認為4K大小,也可以是2MB或4MB

64位系統(tǒng)上,可以是4KB,8KB,最大可以是256MB

分頁使得每個進程可以擁有自己獨立的虛擬地址空間

(更多可參考 為什么 Linux 默認頁大小是 4KB^[4])

兩級頁表:

Linux四級分頁模式

I386體系結(jié)構(gòu)（下）^[5]

2.4 動手實踐-將虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址

頁全局目錄

所有的進程都共享一個內(nèi)核頁表

最新的CPU已經(jīng)支持五級頁表

64位系統(tǒng)中已經(jīng)不再用"高級內(nèi)存"

mknod命令^[6]

章節(jié)測試:

<1>.操作系統(tǒng)啟動時，處理器處于保護模式 (錯)

<2>.X86中段的描述包含基地址和界限 (錯)

<3>.Intel8086的尋址范圍是1MB，80386的尋址范圍是 4GB (對)

<4>.分頁機制是在保護模式下開啟的。 (對)

<5>.在保護模式下，段的大小可以達到4GB (對)

<6>. CR3寄存器存放頁目錄基地址 (對)

<7>.x86的保護模式就是來保護操作系統(tǒng)的 (錯)

<8>. 分頁的原理使得每個進程可以擁有自己獨立的虛擬內(nèi)存空間 (對)

<9>. 分Linux之所以巧妙地繞過段機制，主要是因為將段的基址設為0，即偏移量等于線性地址 (對)

<10>. 在x86中，啟用分頁機制是通過啟用保護允許位PE而達到的 (錯)

x86 保護模式 + 分頁管理機制^[7]

開啟分頁機制———《x86匯編語言：從實模式到保護模式》讀書筆記44^[8]

<11>. 鏈接以后形成的地址空間是虛擬地址空間。 (對)

<12>. 虛擬地址是程序訪問存儲器所使用的邏輯地址 ；線性地址是邏輯地址到物理地址變換之間的中間層；物理地址是每一個字節(jié)單元的一個唯一的存儲器地址 (對)

<13>. CPU訪問的是虛擬地址。(對)

<14>. 80x86的控制寄存機器主要用于分段機制 (錯)

<15>. 80x86的分段機制是必選的，分頁機制是可選的 (對)

但是現(xiàn)實情況不是的,操作系統(tǒng)大多都用了分頁機制

<16>. 保護模式提供了四個特權(quán)級，Linux使用了其中的2個，0級對應內(nèi)核態(tài)，2級對應用戶態(tài) (錯)

“

段被分為了4個特權(quán)級，分別為0-3級，有時候我們也叫做ring0-ring3，其中，數(shù)值越小特權(quán)級越高
核心代碼和數(shù)據(jù)所在的段的特權(quán)級都比較高，一般在ring0，而用戶程序所在的段的特權(quán)級較低，一般在ring3。當?shù)吞貦?quán)級的任務試圖在未被允許的情況下訪問高特權(quán)級的段時，將會產(chǎn)生常規(guī)保護錯誤。
而處理器是如何區(qū)分所在段的特權(quán)級，進而對其進行保護的呢？這就不得不提到CPL、DPL和RPL三者了。但是在開始之前，我們需要先了解一下一致代碼段和非一致代碼段。

保護模式特權(quán)級概述^[9]

操作系統(tǒng)-保護模式中的特權(quán)級^[10]

<17>. 頁面大小是由操作系統(tǒng)設計者確定的 (錯)

<18>. 頁面高速緩存是一種硬件機制，專門用來支持地址轉(zhuǎn)換的 (對)

與程序員相關(guān)的CPU緩存知識^[11]

<19>. intel的保護模式是在80386處理器中首次出現(xiàn)的 (錯)

<20>. 頁目錄存放在（ ）中。 D

A.CR0

B.CR1

C.CR2

D.CR3

“

控制寄存器(Control Register)（CR0～CR3）用于控制和確定處理器的操作模式以及當前執(zhí)行任務的特性。
CR0中含有控制處理器操作模式和狀態(tài)的系統(tǒng)控制標志；
CR1保留不用；
CR2含有導致頁錯誤的線性地址；
CR3中含有頁目錄表物理內(nèi)存基地址，因此該寄存器也被稱為頁目錄基地址寄存器PDBR（Page-Directory Base address Register）。

控制寄存器 CR*^[12]

控制寄存器^[13]

<21>. 一個32位虛擬地址被分為a、b、c三個域，其中a、b用于一個2級頁表系統(tǒng)，c為頁內(nèi)偏移地址，則頁面數(shù)為（ ）。D

A. a+b

B. a×b

C. 2a×b

D. 2a+b

<22>. 以下（ ）處理器不是馮諾伊曼體系(普林斯頓體系)結(jié)構(gòu) C(屬于哈佛體系)

A. Intel X86

B. AMD

C. ARM

D. MIPS

<23>. 如下縮寫，（ ）是中斷描述符表 B

A. GDT

B. IDT

C. LDT

D. RPL

中斷描述符表^[14]

中斷機制和中斷描述符表、中斷和異常的處理^[15]

<23>. “段：偏移量”的形式描述的是（ ） B

A. 物理地址

B. 虛擬地址

C. 線性地址

D. 段地址

虛擬地址轉(zhuǎn)換與段分割^[16]

參考資料