Linux内存管理图解(1)逻辑地址转线性地址

一、逻辑地址转线性地址

机器语言指令中出现的内存地址，都是逻辑地址，需要转换成线性地址，再经过 MMU(CPU 中的内存管理单元 ) 转换成物理地址才能够被访问到。
我们写个最简单的 hello world 程序，用 gccs 编译，再反编译后会看到以下指令：
mov 0x80495b0, %eax
这里的内存地址 0x80495b0 就是一个逻辑地址，必须加上隐含的 DS 数据段的基地址，才能构成线性地址。也就是说 0x80495b0 是当前任务的 DS 数据段内的偏移。

在 x86 保护模式下，段的信息（段基线性地址、长度、权限等）即段描述符 占 8 个字节，段信息无法直接存放在段寄存器中（段寄存器只有 2 字节）。 Intel 的设计是段描述符集中存放在 GDT 或 LDT 中，而段寄存器存放的是段描述符在 GDT 或 LDT 内的索引值 (index) 。
Linux 中逻辑地址等于线性地址 。为什么这么说呢？因为 Linux 所有的段（用户代码段、用户数据段、内核代码段、内核数据段）的线性地址都是从 0x00000000 开始，长度 4G ，这样 线性地址 = 逻辑地址 + 0x00000000 ，也就是说逻辑地址等于线性地址了。
这样的情况下 Linux 只用到了 GDT ，不论是用户任务还是内核任务，都没有用到 LDT 。 GDT 的第 12 和 13 项段描述符是 __KERNEL_CS 和 __KERNEL_DS ，第 14 和 15 项段描述符是 __USER_CS 和 __USER_DS 。内核任务使用 __KERNEL_CS 和 __KERNEL_DS ，所有的用户任务共用 __USER_CS 和 __USER_DS ，也就是说不需要给每个任务再单独分配段描述符。内核段描述符和用户段描述符虽然起始线性地址和长度都一样，但 DPL( 描述符特权级 ) 是不一样的。 __KERNEL_CS 和 __KERNEL_DS 的 DPL 值为 0 （最高特权）， __USER_CS 和 __USER_DS 的 DPL 值为 3 。
用 gdb 调试程序的时候，用 info reg 显示当前寄存器的值：
cs 0x73 115
ss 0x7b 123
ds 0x7b 123
es 0x7b 123
可以看到 ds 值为 0x7b, 转换成二进制为 00000000 01111011 ， TI 字段值为 0, 表示使用 GDT ， GDT 索引值为 01111 ，即十进制 15 ，对应的就是 GDT 内的 __USER_DATA 用户数据段描述符。
从上面可以看到， Linux 在 x86 的分段机制上运行，却通过一个巧妙的方式绕开了分段。
Linux 主要以分页的方式实现内存管理。