linux内存管理-段式和页式管理
该博文参考国嵌视频和http://www.cnblogs.com/image-eye/archive/2011/07/13/2105765.html，在此感谢作者。
一、地址类型
物理地址：CPU通过地址总线的寻址，找到真实的物理内存对应地址。
逻辑地址：程序代码经过编译后出现在 汇编程序中地址。
线性地址（虚拟地址）：在32位CPU架构下，可以表示4G的地址空间，用16进制表示就是0x00000000---0Xffff ffff
他们之间关系？
二、段式管理、页式管理
2.1段式管理
2.2.1段式管理（16位CPU）
16位CPU内部拥有20位的地址线，它的寻址范围2^20即1M的内存空间，但是16位CPU用于存放地址的寄存器（IP，sp）只有16位，即只能访问64K内存空间。
如何使用16地址寄存器访问1M内存空间？？
为了能够访问1M的内存空间，CPU采用内存分段的管理模式，并在CPU内部加入了段寄存器。16位CPU将1M内存空间分为若干逻辑段，每个逻辑段的要求如下：
1、 逻辑段的起始地址（段地址）必须是16倍数，即最后4个二进制必须全部为0
2、 逻辑段的最大容量为64K（why？因为16位CPU存放地址寄存器只有16位）
物理地址的形成方式：
由于段地址必须是16倍数，所以值一般形式为XXXX0H,即前16位二进制是变化的，后四位是固定的0，鉴于段地址的这种特性，可以只保存前16位二进制位来保存整个段基地址，所以每次使用时要段寄存器乘以16得到实际段地址。
逻辑地址=段基地址：偏移地址
其中：段基地址保存到段寄存器中，偏移地址保存另个寄存器中
线性地址= 段基地址*16+偏移地址
2.2.2段式管理（32位CPU）
在32位CPU两种工作方式：由实模式和保护模式组成。
1、 实模式：内存管理与 16位CPU是一致的。
2、 保护模式：(一般X86运行模式)
段基地址长达32位，每个段的最大容量可达4G，段寄存器的值时段地址的“选择器”（selecor），用该“选择器”从内存中得到一个32位的段地址，存储单元的
物理地址=该段基地址（Base）+段内偏移地址（offset）
2.2页式管理（分页管理）
概念
1、 线性地址页：从管理和效率的角度出发，线性地址被分为固定长度的组，称为页（page）。例如32位机器，线性地址最大可为4G，如果用4KB为页容量，这样将线性地址划分为2^20个页。
2、 物理页：另一类“页”，称为“物理页”，或者是“页框、页帧”。分页单元把所有的物理内存也划分为固定长度的管理单位，它的长度一般与线性地址页是相同。
如何将两者之间的映射？通过页式管理实现映射。
页式管理具体流程：
说明：
1、 分页单元中，页目录的地址放在CPU的CR3寄存器中，是进行地址转换的起始点。
2、 每个进程，都有其独立的虚拟地址空间，运行一个进程，首先需要将它的页目录地址放到CR3寄存器中，将其他进程保存下来。
3、 每一个32位的线性地址被划分三部分：页目录索引（10位）:页表索引（10位）:偏移（12位）
下面是地址转换的步骤：
第一步：装入进程的页目录地址（操作系统在调度进程时，把这个地址装入CR3）
第二步：根据线性地址前十位，在页目录中，找到对应的索引项 即页表地址。
第三步：根据线性地址中间十位，在页表中，找到对应的索引项 即页的起始地址。
第四步：将页的起始地址与线性地址最后12位相加，等到物理地址。
1、 这样的二级模式是否支持寻址4G的物理地址空间？为什么？
支持。因为页目录支持寻址2^10个页表，每个页表支持寻址2^10个页，每个页由2^12=4Kbyte组成，即2^10* 2^10*2^12=4Gbyte满足。
2、 由上图物理地址的页容量多大？有什么决定的？
在二级模式下，页容量由线性地址[bit11:0]决定，页容量=2^12=4Kbyte。
根据上面的分段管理和分页管理，得出下图
该图源于/www.cnblogs.com/image-eye/archive/2011/07/13/2105765.html博客
三、linux内存管理
Linux内核的设计并没有全部采用intel所提供的段机制，仅仅是有限度使用了分段机制。这不仅简化了linux内核的设计，而且为了把linux移植到其他平台创造了条件，因为很多RISC处理器并不支持段机制。
为什么是linux内核设计有限度使用分段机制？
因为linux内核中内存管理中：所有的段的基地址均为0，即每个段的逻辑地址与线性地址保持一致（即逻辑地址的偏移量值与线性线性的地址值相同），而完成利用了分页机制。
前面介绍的i386的二级页管理架构，有些CPU使用三级或四级架构。在linux2.6.29内核为每种CPU提供统一界面，四级页管理架构，来兼容二级三级 四级管理架构的CPU。四级架构详见下面：
其中：
1、页全局目录（page global directory）：多级页表的抽象最高层
2、页上级目录（page upper directory）：即pud3、页中间目录( page middle directory):即pmd 页表的中间层
4、页表（page table entry）:pte
5、页:即具体物理地址