内存访问全过程 | 易学教程

这一篇，是重点！我们将去讲解操作系统根据代码（逻辑）地址去访问真实物理地址的全过程。

将把全面几节的东西全部用上，并完全梳理，完善细节。

前面讲了分段、分页机制，他们都可以实现，从虚拟地址（地址空间）向物理地址的转换。但是，实际使用过程中，使用的是分段+分页机制，段页结合。

段页结合

全过程分析（高能）

我们现在采用边实验边讲解翻译全过程。

写了一段 c 代码，编译，然后在 Linux 0.11 中，进行调试

#include <stdio.h>

int i = 0x12345678;
int main(void)
{
    printf("The logical/virtual address of i is 0x%08x", &i);
    fflush(stdout);
    while (i)
        ;
    return 0;
}

注意：我们程序中的变量 i 的大小为 0x12345678。

我们想做的是，通过编译，找到变量 i 的逻辑地址，然后经过一系列的地址转换，获得物理地址。通过查看物理地址的内容，是否是 0x12345678。

获得虚拟地址

将运行的代码进行反编译，可以看到 cmp dword ptr 这一部分。这一部分，对应的就是上面c语言的 while(i) 部分。

可以看到熟悉的 ds:0x3004，这是什么？

这就是我们之前分段章节里面的间接寻址。也就是说，我们要找到 ds 段的基址，然后加上3004的偏移量。

这里的 ds：0x3004 就是这一部分。你会发现 0x3004 只有16位啊，下图的偏移量标记的是32位。

因为在 Linux 0.11中，给每个进程划分了 64M 的虚拟内存，2的16次方就是64M。

下图中的偏移量位32位，是给每个进程划分了 4G 的虚拟内存。

注意：看下图红色方框部分，其中的0-15位选择符用来选择程序中的段的。后面的0-31偏移值，是每个段中的偏移量。

分段机制，假设一个程序中有很多个段（个数由选择符的位数决定），而且每个段都可以占有一个大小的空间（由偏移值位数决定）。

在下图中，由于选择符0-15中只有14位用来指定段的，所以下图中的虚拟地址，可以指定2^{14个段，每个段可以有4G（2}32）的大小空间。

虚拟地址解读

从上面，我们获得变量 i 的虚拟地址为 ds: 0x3004。

通过下图，我们查看寄存器，可以获得ds=0x0017，所以ds:0x3004=0x0017: 3004。

我们来看ds=0x0017的解读。

这其实也叫选择符，看下图。

重点看，TI 位，也就是2号位。0x0017=0x 17 = 0x 0001 0111，也就是 TI 位为1。

当 TI 为0时，说明我们要找的有关段表信息就在 GDT表中，我们可以通过继续对 0x0017的3-15位进行解读，获取有关段表信息在 GDT表中的索引。

当 TI 为1的时候，说明我们要找的有关段表信息在 LDT表中。

段描述符（段表的相关信息）

段描述符

每个段都有一个段描述符。

段描述符指定段的大小、访问权限和段的特权级、段类型以及段的第一字节在线性地址空间中的位置（也就是段基址）。

GDT表

GDT表，是全局描述表。从这里的描述二字与上面的段描述符可以看出：GDT表中保存着上面提到的段描述符。

LDT表

LDT表，是局部描述表。里面也保存着段描述符。

GDTR寄存器

此寄存器，记录着 GDT表的基址。

LDTR寄存器

跟我们之前说的选择符是一样的，它表明了 LDT表在 GDT表中的位置。

我们可以这样理解GDT和LDT：GDT为一级描述符表，LDT为二级描述符表。

LDT和GDT从本质上说是相同的，只是LDT嵌套在GDT之中。LDTR记录局部描述符表的起始位置，与GDTR不同，LDTR的内容是一个段选择子。由于LDT本身同样是一段内存，也是一个段，所以它也有个描述符描述它，这个描述符就存储在GDT中，对应这个表述符也会有一个选择子，LDTR装载的就是这样一个选择子。

注意，LDT表中也保存着描述符，是我们需要的。

也就是说，我们首先要获取 LDT表的描述符，然后在 LDT表中获取我们需要的段描述符。