本系列是对 陈莉君 老师 Linux 内核分析与应用[1] 的学习与记录。讲的非常之好，推荐观看
留此记录，蜻蜓点水,可作抛砖引玉
2.1 内存寻址
数据连续存储和选择读取思想,是目前我们使用的几乎所有机器运行背后的灵魂
计算机体系结构中的核心问题之一,就是如何有效地进行内存寻址; 内存寻址技术,从某种程度上代表了计算机技术.
"段"的引入:
段描述了一块有限的内存区域,区域的起始位置存在专门的寄存器,也就是段寄存器中.
"保护模式"的引入:
访问内存时不能直接从段寄存器中获得段的起始地址,而需经过额外的转化或检查
"黄金时代":
Linux内核中的C和汇编语言
-
用的GNU的扩展C -
汇编语言用的是AT&T的汇编格式与Intel的汇编格式稍有差异
在C语言中,也可以嵌入汇编语言,叫做GCC嵌入式汇编
2.2 段机制
将虚地址转换为线性地址
使用readelf和objdump解析目标文件[2]
MMU: 内存管理单元,和CPU是在一起的.MMU把虚地址转化成物理地址,送给存储器.
(Intel)I386的体系结构[3]
2.3 分页机制
分页在分段之后进行,其作用是完成从线性地址到物理地址的转换
必须在保护模式下才能启动分页功能
在32位系统上一般默认为4K大小,也可以是2MB或4MB
64位系统上,可以是4KB,8KB,最大可以是256MB
分页使得每个进程可以拥有自己独立的虚拟地址空间
(更多可参考 为什么 Linux 默认页大小是 4KB[4])
两级页表:
Linux四级分页模式
I386体系结构（下）[5]
2.4 动手实践-将虚拟地址转换成物理地址
页全局目录
所有的进程都共享一个内核页表
最新的CPU已经支持五级页表
64位系统中已经不再用"高级内存"
mknod命令[6]
章节测试:
<1>.操作系统启动时，处理器处于保护模式 (错)
<2>.X86中段的描述包含基地址和界限 (错)
<3>.Intel8086的寻址范围是1MB，80386的寻址范围是 4GB (对)
<4>.分页机制是在保护模式下开启的。 (对)
<5>.在保护模式下，段的大小可以达到4GB (对)
<6>. CR3寄存器存放页目录基地址 (对)
<7>.x86的保护模式就是来保护操作系统的 (错)
<8>. 分页的原理使得每个进程可以拥有自己独立的虚拟内存空间 (对)
<9>. 分Linux之所以巧妙地绕过段机制，主要是因为将段的基址设为0，即偏移量等于线性地址 (对)
<10>. 在x86中，启用分页机制是通过启用保护允许位PE而达到的 (错)
x86 保护模式 + 分页管理机制[7]
开启分页机制———《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记44[8]
<11>. 链接以后形成的地址空间是虚拟地址空间。 (对)
<12>. 虚拟地址是程序访问存储器所使用的逻辑地址 ；线性地址是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层；物理地址是每一个字节单元的一个唯一的存储器地址 (对)
<13>. CPU访问的是虚拟地址。(对)
<14>. 80x86的控制寄存机器主要用于分段机制 (错)
<15>. 80x86的分段机制是必选的，分页机制是可选的 (对)
但是现实情况不是的,操作系统大多都用了分页机制
<16>. 保护模式提供了四个特权级，Linux使用了其中的2个，0级对应内核态，2级对应用户态 (错)
“段被分为了4个特权级，分别为0-3级，有时候我们也叫做ring0-ring3，其中，数值越小特权级越高
核心代码和数据所在的段的特权级都比较高，一般在ring0，而用户程序所在的段的特权级较低，一般在ring3。当低特权级的任务试图在未被允许的情况下访问高特权级的段时，将会产生常规保护错误。
而处理器是如何区分所在段的特权级，进而对其进行保护的呢？这就不得不提到CPL、DPL和RPL三者了。但是在开始之前，我们需要先了解一下一致代码段和非一致代码段。
保护模式特权级概述[9]
操作系统-保护模式中的特权级[10]
<17>. 页面大小是由操作系统设计者确定的 (错)
<18>. 页面高速缓存是一种硬件机制，专门用来支持地址转换的 (对)
与程序员相关的CPU缓存知识[11]
<19>. intel的保护模式是在80386处理器中首次出现的 (错)
<20>. 页目录存放在（ ）中。 D
A.CR0
B.CR1
C.CR2
D.CR3
“控制寄存器(Control Register)（CR0～CR3）用于控制和确定处理器的操作模式以及当前执行任务的特性。
CR0中含有控制处理器操作模式和状态的系统控制标志；
CR1保留不用；
CR2含有导致页错误的线性地址；
CR3中含有页目录表物理内存基地址，因此该寄存器也被称为页目录基地址寄存器PDBR（Page-Directory Base address Register）。
控制寄存器 CR*[12]
控制寄存器[13]
<21>. 一个32位虚拟地址被分为a、b、c三个域，其中a、b用于一个2级页表系统，c为页内偏移地址，则页面数为（ ）。D
A. a+b
B. a×b
C. 2a×b
D. 2a+b
<22>. 以下（ ）处理器不是冯诺伊曼体系(普林斯顿体系)结构 C(属于哈佛体系)
A. Intel X86
B. AMD
C. ARM
D. MIPS
<23>. 如下缩写，（ ）是中断描述符表 B
A. GDT
B. IDT
C. LDT
D. RPL
中断描述符表[14]
中断机制和中断描述符表、中断和异常的处理[15]
<23>. “段：偏移量”的形式描述的是（ ） B
A. 物理地址
B. 虚拟地址
C. 线性地址
D. 段地址
虚拟地址转换与段分割[16]
参考资料
Linux 内核分析与应用: https://next.xuetangx.com/course/XIYOU08091001441/1516763
[2]使用readelf和objdump解析目标文件: https://www.jianshu.com/p/863b279c941e
[3](Intel)I386的体系结构: http://wwww.kerneltravel.net/journal/ii/part1.htm
[4]为什么 Linux 默认页大小是 4KB: https://draveness.me/whys-the-design-linux-default-page/
[5]I386体系结构（下）: http://wwww.kerneltravel.net/journal/ii/part2.htm
[6]mknod命令: https://blog.csdn.net/a1010256340/article/details/83088870
[7]x86 保护模式 + 分页管理机制: https://www.cnblogs.com/dongguolei/p/7865381.html
[8]开启分页机制———《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记44: https://blog.csdn.net/longintchar/article/details/52198391
[9]保护模式特权级概述: https://www.cnblogs.com/tcctw/p/11332551.html
[10]操作系统-保护模式中的特权级: https://blog.51cto.com/13475106/2462286
[11]与程序员相关的CPU缓存知识: https://coolshell.cn/articles/20793.html
[12]控制寄存器 CR*: https://www.cnblogs.com/coderCaoyu/p/3616055.html
[13]控制寄存器: https://baike.baidu.com/item/%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8/9335215
[14]中断描述符表: https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%AD%E6%96%AD%E6%8F%8F%E8%BF%B0%E7%AC%A6%E8%A1%A8
[15]中断机制和中断描述符表、中断和异常的处理: https://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/11722703
[16]虚拟地址转换与段分割: https://zhuanlan.zhihu.com/p/56172609
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