保护模式内存管理总结

保护模式内存管理部分，大致分为两大部分，它们分别是分段机制和分页机制。我们知道80386+的系统，地址总线位宽是32位，那么能直接寻址的能力可以达到4G。段寄存器CS，DS，SS仍然是16位的，如何利用16位的段寄存器来寻址4G的空间呢？这个就是保护模式所要解决的问题。对于实模式，段寄存器中存放的直接是段基址，左移4位后，加上偏移地址就形成了物理地址，送地址总线。因此，在这种模式下，最大的寻址空间是1M。在保护模式下，利用了一种称为段选择符和段描述符的结构来帮助扩大寻址能力。段选择符是16位的，其中最低2位表示请求特权级RPL，第三位是表指示位，表示段描述符是在GDT中还是LDT中的。剩下的13位表示描述符表中的索引。由此可以知道，GDT/LDT最多可以有8192个表项。当断选择符被加载到段寄存器中时，系统也将选择符所对应的段描述符的内容（段基址，断限长以及断属性）加载到段寄存器的影子寄存器部分，作为高速缓存。根据段描述符，我们可以找到段的基地址，将基地址和逻辑地址中的偏移部分相加得到线性地址，如果状态控制寄存器CR0中的PE位置位并且PG位没有置位，那么此时产生的线性地址就是物理地址，送地址总线。但是如果打开了分页机制，即PG=1，那么我们就要再一次进行地址转换。CR3控制寄存器存放着页目录表的基地址，根据这个寄存器的内容，我们可以找到对应的页表。在这样的情况下，线性地址的结构有12位表示的是页内偏移、有10位表示页表索引，另外10位表示页目录表索引。可以从地址结构分析，页表和页目录表分别可以存放在1页的地址空间中，因为每个页表项有4个字节。通过页目录表索引找到对应的页表，通过页表索引，可以找到对应的页面，页面基地址加上线性地址中的页内地址就得到了物理地址。段是以逻辑块作为单位存放的，而页是以固定物理块存放的。分页机制便于内存管理。同时可以减少系统中的碎片。提高内存利用率。但是分页机制同时也会产生页内碎片。页表项中有一个存在位，表明该页是否存在内存中，如果系统开启虚拟内存机制，系统会产生却页中断，将页面调入内存。最后一个概念是页面高速缓存，在CPU内有一个叫做TLB的东西，用于缓存页面，这样，系统首先查找TLB中的页表项，如果存在，就不需要花费总线周期。如果不存在，系统就会把该页面调入TLB中缓存。