linux地址映射

### Linux地址映射详解 #### 一、32位x86架构下的Linux地址映射模式 在32位x86架构下，Linux系统采用了复杂的分页式内存管理技术来实现地址空间的有效管理和隔离。这种机制使得每个进程拥有一个独立的虚拟地址空间，即使这些进程共享相同的物理内存。 #### 二、32位Linux地址映射的基本原理 32位Linux地址映射的基础是基于页面的地址转换机制。这种机制允许将虚拟地址空间划分为大小固定的页面（通常是4KB），并通过页表结构来记录虚拟地址到物理地址的映射关系。具体而言，32位Linux系统中的地址映射主要涉及以下几个方面： 1. **虚拟地址空间划分**：32位Linux系统的虚拟地址空间为4GB，其中低2GB用于用户空间，高2GB用于内核空间。 2. **页表结构**：为了支持分页机制，Linux使用了多级页表结构。对于32位系统，通常采用的是两级页表结构，即页目录表(Page Directory)和页表(Page Table)。每条页表项记录着对应页面是否有效、访问权限等信息以及对应的物理地址。 3. **页表索引计算**：根据虚拟地址可以计算出相应的页目录索引(Page Directory Index)和页表索引(Page Table Index)。例如，在32位Linux中，前10位用于页目录索引，中间10位用于页表索引，最后12位表示页面内的偏移量。 4. **地址转换过程**： - 根据虚拟地址的前10位查找到页目录表中的相应项。 - 如果该页目录项有效，则继续根据中间10位查找到页表中的对应项。 - 如果页表项有效，则根据页表项中的物理地址与最后12位的偏移量组合得到最终的物理地址。 - 如果在任何阶段发现无效或不存在的页，则触发缺页异常，由操作系统处理。 #### 三、缺页异常处理机制 在Linux系统中，当尝试访问一个未被映射或者已被标记为不可访问的页面时，硬件会产生一个缺页异常信号。这时，操作系统会暂停当前进程，并通过查找内存或其他存储设备来加载缺失的页面数据，然后再更新页表，重新执行引起缺页异常的指令。 #### 四、地址映射中的关键概念 1. **CR0寄存器**：CR0寄存器控制着处理器的工作模式，其中包括分页功能的启用与否。当分页功能启用时，CR0寄存器中相应的位会被设置为1。 2. **全局描述符表 (GDT)** 和 **局部描述符表 (LDT)**：GDT和LDT用来定义CPU的各种段选择子的属性，如基地址、限界、权限等。它们对于正确设置处理器的工作模式至关重要。 3. **MMU (Memory Management Unit)**：MMU是现代处理器中的一个重要组件，负责地址转换工作。它能够根据虚拟地址查找到对应的物理地址，并处理诸如权限检查、缓存一致性维护等任务。 4. **页面权限**：在Linux中，每个页面都有明确的权限设置，如只读、可写、可执行等。这有助于防止非法访问并确保数据安全。 5. **内存保护**：Linux通过设置不同的内存区域（如用户空间和内核空间）来实现内存保护，避免一个进程错误地访问另一个进程的数据。 #### 五、总结 Linux地址映射机制是构建在其强大的内存管理系统之上的，通过对虚拟地址进行有效的转换和管理，实现了高效且安全的内存使用。理解这些基础知识不仅有助于深入理解Linux系统的设计理念，还能帮助开发者更好地优化应用程序性能，避免潜在的安全漏洞。