linux内存管理-分段管理

      内存的管理方式有分段管理和分页管理两种；

      分段管理是从逻辑内存的角度来分的，就是将用户程序地址空间分成若干个大小不等的段，每段可以定义一组相对完整的逻辑信息；

      分页是从物理内存的角度，将内存按页划分，便于减小内存碎片；

 

      分段管理的由来：

       最早的处理器存储空间较小，采用的是直接物理内存访问的方式，这种称为实模式；为了支持更大的存储器，在8086时将地址总线扩展到20位，可以支持1M的寻址空间；

但8086的数据处理总线为16位,无法直接寻址1MB内存空间，所以8086提供了段地址加偏移地址的地址转换机制，就是我们常见的”段地址(16位):偏移地址(16位或有效地址)”,实际的计算方法为:”段地址*0x10H+偏移地址”；作为段地址的数据是放在段寄存器中的(16位)，而作为位偏移地址的数据则是通过8086提供的寻址方式来计算而来的(16位)；

下面简单的示意图简单的描述计算过程：

+-----------------+
|       20        |  20位地址总线
+-----------------+
+------------+
|      16    |       16位段地址
+------------+
    +-------------+
    |    12  | 4  |  16位内存地址（段内偏移量）
    +--------+----+

实际物理地址 = （段寄存器地址 << 4） + （CPU 提交的访存地址）

       分段地址转换过程：

              CPU将一个虚拟内存空间中的地址转换为物理地址，需要进行两步：
首先，将给定一个逻辑地址（段标识符：段内偏移），CPU要利用其段式内存管理单元，先将这个逻辑地址转换成一个线性地址，其次，再利用其页式内存管理单元，转换为最终物理地址。

       一个逻辑地址由两部份组成，段标识符: 段内偏移量。段标识符是由一个16位长的字段组成，称为段选择符。其中前13位是一个索引号。后面3位包含一些硬件细节，如图

         索引号就是“段描述符(segment descriptor)”，段描述符具体描述了一个段。这样，很多个段描述符，就组了一个数组，叫“段描述符表”，这样，可以通过段标识符的前13位，直接在段描述符表中找到一个具体的段描述符，这个描述符就描述了一个段，每一个段描述符由8个字节组成，如下图：

其中段描述符表又分为GDT跟LDT，一些全局的段描述符，就放在“全局段描述符表(GDT)”中，一些局部的，例如每个进程自己的，就放在所谓的“局部段描述符表(LDT)”中；

而GDT或者LDT的选择要看段描述符的T1字段的值，0表示用GDT，1用LDT；

总结下逻辑地址转换成线性地址的过程：

首先，给定一个完整的逻辑地址[段选择符：段内偏移地址]，
1、看段选择符的T1=0还是1，知道当前要转换是GDT中的段，还是LDT中的段，再根据相应寄存器，得到其地址和大小。我们就有了一个数组了。
2、拿出段选择符中前13位，可以在这个数组中，查找到对应的段描述符，这样，它了Base，即基地址就知道了。
3、把Base + offset，就是要转换的线性地址了。