内存分段机制 | 易学教程

我们可以写一段简单的c代码（code/memory/segment_1.c)：

#include <stdio.h>
int main()
{
   int a = 1;
   printf("Hello, World!");
   return 0;
}

然后将其转为汇编，运行：

gcc -S segment_1.c

之后会生成一个.s 文件（code/memory/segment_1.s)，不用细看内容。

我们发现，这个汇编代码中，有 .string main .text，反正分为不同的块。

	.file	"segment_1.c"
	.text
	.section	.rodata
.LC0:
	.string	"Hello, World!"
	.text
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	subq	$16, %rsp
	movl	$1, -4(%rbp)
	leaq	.LC0(%rip), %rdi
	movl	$0, %eax
	call	printf@PLT
	movl	$0, %eax
	leave
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	main, .-main
	.ident	"GCC: (Ubuntu 7.5.0-3ubuntu1~18.04) 7.5.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

进程在内存中，主要是按照这种形式进行存储的。

为什么要分段呢？

我们看上面那张图片，分为不同段，每个段的读写属性是不同的。比如正文段存储代码，就像我们上面的.s文件中的main部分。它在内存中是始终不变的，我们CPU就是从main中去取指执行。所以，它是只读的。

而其他部分，也许是可读可写的。

通过分段，可以对不同的属性代码、数据进行更方便的管理。如果是打乱的放在内存中，那么读写属性就很难控制。

所以通过分段机制，我们可以更好得控制不同段的属性，这有利于内存的组织安排。更多的好处，可以后面慢慢体会。

分段机制与间接寻址

因为现在引入了分段机制，所以如果我们想要访问某个地方的数据，指令，我们会引入间接寻址。

比如说，程序现在运行在代码段（CS），然后呢，他想要访问数据段的某个数据（DS），那么就可以使用 DS的基地址+偏移量，就可以访问到数据段中的数据了。

就像我们下图一样，如果我们运行到某一条指令，他需要 DS:1 的数据，那么我们可以通过数据段开始的地址0x100 加上偏移量1，就可以直接访问到 int a = 1 了。

所以，我们只需要知道不同段的开始地址加上偏移量，就可以访问不同段的内容。

分段机制与LDT表

我们前面说到，因为分段机制，所以，如果我们想要去访问某个段中的内容，我们需要获得每个段的基址。所以，我们需要一个结构去储存每个段的基址。这就是 LDT （本地描述表/local descriptor table）表。

（名字，有点。。。，至少本地两字说明，这个表是局部的，对于每个进程，都有一个LDT表）。

LDT 表

现在来说说 LDT 表，之前说了分段的好处，那么我们应该怎么设计 LDT 表呢？

我们需要用一些位来表示：可读/可写状态，不同段的基址以及段的长度。

现在，我们可以通过每个进程的 LDT 表找到每个段所在的位置。

GDT 表

那么我们如何找到每个进程的 LDT 表呢？

这个，就轮到 GDT表了，与之前的 LDT 表，就差一个字母。G的意思，就是 global 全局的意思。

那意味着这张表，所有的进程都可以看到，进行访问。

在 GDT 表中，有着不同 LDT 表的地址。这里涉及到 LDTR寄存器，这个寄存器被赋值为 GDT表中的一个 LDT 表的位置，然后CPU 可以通过这个寄存器，找到对应的进程的 LDT表。

可以看下下图。

关于更多的 GDT 和 LDT 的介绍，可以看最后的参考部分。

分段机制与多进程

我们知道，CPU会采用某种策略，运行多个进程。这个时候，我们就需要保证不同的进程的内容，会存在不同的内存中，不能相互干扰。

这就要求，我们之前说的，每个进程都有一个 LDT表。可以将不同的进程内容映射到不同的内存地址。

总结

最后，就拿这张图来总结下吧，大家可以用这张图来回顾下前面的内容。

参考

《深入理解计算机系统》

7.9 加载可执行目标文件

《Linux 内核0.11完全注释》

4.3 分页机制（进阶）

操作系统（哈工大李治军老师）32讲（全）超清 P20 L20 内存使用与分段

GDT（全居描述符表）和LDT（局部描述符表）

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/u/4386603/blog/4270270

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