PDE,PTE,页目录表,页表的内存管理.docx

### PDE、PTE、页目录表与页表的内存管理 #### 一、GDT 表的理解与应用 在探讨内存管理时，全局描述符表（Global Descriptor Table，简称 GDT）是一个重要的概念。虽然现代操作系统（如 Windows）不再依赖 GDT 进行进程隔离，但了解其工作原理对于理解内存管理的基础仍然十分重要。 - **GDT 表的结构与功能**：GDT 表中包含了多个描述符，每个描述符定义了一个段或者一个门。这些描述符包含了段的基地址、界限以及其他控制信息。 - **GDT 表的应用**：通过段寄存器作为索引，可以查询 GDT 表来获取特定段的信息。例如，在 32 位环境下，我们可以利用 CS 寄存器中的选择符来访问代码段的描述符。 #### 二、控制寄存器 CR0 的作用 控制寄存器 CR0 是处理器中的一个重要寄存器，用于控制处理器的一些基本特性，如分页机制的启用与禁用。 - **分页保护的启用**：CR0 寄存器中的 PG 位（分页全局位）决定了分页机制是否启用。当 PG 位设置为 1 时，分页机制被启用；反之，则不启用。 - **写保护功能**：CR0 中的 WP 位（写保护位）用于控制写保护功能。如果 WP 位设置为 1，则处理器将禁止对某些内存区域进行写操作。 - **特权指令限制**：修改 CR0 寄存器通常需要在内核模式下执行，普通用户模式下的程序尝试修改 CR0 将会导致权限错误。 #### 三、分页管理机制详解 分页管理是一种重要的内存管理技术，它将物理内存分割成固定的大小（通常是 4KB），并允许将这些页映射到不同的进程空间。 - **页面与页码的概念**：在 x86 架构中，一个页的大小为 4KB，因此 4GB 的地址空间可以被划分为 1MB 个页。每个页由一个唯一的页码标识。 - **线性地址到物理地址的转换**：在启用分页机制的情况下，处理器通过页目录表（Page Directory Entry，简称 PDE）和页表（Page Table Entry，简称 PTE）来完成从线性地址到物理地址的转换。 #### 四、页目录表（PDE）与页表（PTE） 页目录表与页表是分页管理的核心组件，它们用于实现线性地址到物理地址的转换。 - **页目录表（PDE）**：PDE 表是一个 4KB 大小的物理页，其中的每个条目指向一个页表。PDE 表中的每个条目为 4 字节大小，总共包含 1024 个条目。每个条目包含了指向页表的物理地址以及一些控制信息。 - **页表（PTE）**：PTE 表同样是一个 4KB 大小的物理页，其中的每个条目对应一个页的映射。PTE 表中的每个条目也为 4 字节大小，共包含 1024 个条目。每个条目包含了该页对应的物理地址以及一些控制信息。 #### 五、线性地址到物理地址的转换过程 - **CR3 寄存器的作用**：CR3 寄存器存储了页目录表的物理地址。这是整个分页转换过程的起点。 - **转换流程**： 1. **提取页码**：处理器首先从线性地址中提取出高 20 位作为页码。 2. **查询页目录表**：使用提取出的页码作为索引查询页目录表，得到指向页表的物理地址。 3. **查询页表**：再使用剩余的 12 位作为索引查询页表，从而得到最终的物理地址。 4. **形成物理地址**：将物理地址与线性地址的低 12 位（偏移量）相加，得到最终的物理地址。 通过上述过程，操作系统能够有效地隔离不同进程的内存空间，并且能够在有限的内存资源下支持更多的进程。此外，这种机制还提供了内存保护功能，防止一个进程非法访问其他进程的内存空间，增强了系统的安全性和稳定性。