看完了linux书第二章后，关于内存寻址的一点总结

自己的总结，也就是自己的一些理解，纯手打，会出错，当然我自己理解的有些可能就是错的，这里只是暂时的记一下，

如果以后发现什么错误的话，再回来改下。

这里说的是80x86系列的CPU。

几个概念：

段是什么：程序猿在开发程序的时候，不会注意真实的电脑的内存是多大，他只是开发自己的，哪怕最后开发出来的

东西会占用10G的内存，他都不管，也真是任性（也不是真的不管）。为什么会不管这个，因为操作系统的设计者，给程序

猿提供了另一份内存空间，而程序猿看到的这个内存空间就是虚拟地址空间，这个空间里面，使用虚拟地址来标记的，怎么

标记的，就是用---------> 段 ：偏移量  <--------------来标记的。所以说这个段，就是虚拟地址的基本单位。注意，注意：最开

始的时候，这个段就是虚拟地址中段的基地址，但是后来存放段基地址的寄存器不给力，于是就不再在里面存放段基地址了，

所以这里的段表示的虽然是段的基地址，但是真正的东西应该是一个  -----------> 段选择符 ：偏移量<-----------，根据这个段

选择符，就可以查到段基地址，嗯嗯，就是这样的。

段描述符表是什么：虽然说段是虚拟地址空间的虚拟地址的基本单位，但是仅仅根据一个--------> 段 ：偏移量  <-----------

是无法确定段的信息的，所以说这里就需要一个东西来描述段的所有必须的信息，这个东西很重要重要重要，叫做：段描述符。

跟上面的段选择符千万不要混淆，这个段描述符很多，把很多个段描述符放在一起就变成了一个表，这个表呢，就是段描述符

表。所以说，段描述符表是什么，就是一大堆描述段信息的段描述符放在一起。

注意，一个段描述符是8个字节，8乘8是64，也就是用64位的信息来描述一个段的信息，而这64位信息里面包含什么呢 ，

它包含了段的32位基地址（很重要，看到没，真正的段基地址是保存在段描述符中的，而最上面的那个段选择符，就能找到这

个基地址），20为的段界限（也就是这个段的长度），还有其它的一些很繁琐的东西，我不说了。

首先，得知道几个寄存器：

1、8个通用寄存器，名字不重要，记住这8个寄存器是32位的。

2、4个段寄存器，记住这四个家伙是16位的，在32位的CPU结构中，这几个寄存器里面根本存不下段的地址，所以

这四个家伙里面存了一个叫做段选择符的东西，当然 ，这个段选择符就是16位的，后面会提到这个段选择符，这四个段

寄存器分别是CS，DS，SS，ES。分别存放着代码段，数据段，堆栈段，其他段的段选择符。

3、4个控制寄存器，都是32位的，这四兄弟的名字很好记，叫做CR0，CR1，CR2，CR3。其中，CR1是个无用的

家伙，它里面全是0 。注意其他三个控制寄存器，其他三个里面比较重要的是CR0和CR3。

然后说一个很厉害硬件电路，叫做MMU（内存管理单元），CPU大人就是把虚拟的地址给这位硬件，然后让它去处理。

MMU从外面看是一个东西，但是里面包含了两个部件，一个是分段部件，一个是分页部件。也可以叫做分段机制，和分页机

制。

知道了上面这个东西后，有一个图很重要，如下。

图的解释：这个图就是MMU把虚拟地址进行处理最终转换为物理地址的过程。

其中，注意最开始的16位的选择符，这个东西就是存在那4个16位段寄存器中的东西；而后面的偏移量就是存在那8个32位通用寄存器

中的东西。这两个东西通过MMU中的分段部件，也就是分段机制，被处理成线性地址，然后线性地址再被MMU中的分页部件，也就是分页

机制处理成内存中真实的物理地址。

了解了上面的内容后，就可以说说整个处理的流程了。

1、首先呢，我们将上图中的选择符装入那四个16段寄存器的某一个中。

2、然后将后面的32位的段偏移量装入那8个32位的通用寄存器的某一个中。

3、然后MMU中的分段部件，就开始对这两个东西进行处理了。

4、怎么处理，就是检查选择符中的内容来处理。首先选择符中有个索引域（13位），根据这个域的信息就可以找到一个很重要的东西，这个东西就是

段描述符，注意，上面说过了，段描述符在段描述符表里面。而这个索引域的信息就跟段描述符表中的索引对应，所以能找到相应的段描述符。

5、找到这个段描述符后，因为这里面几乎存了段的所有信息，当然就有32位的段基地址了，知道32位的段基地址后，就万事大吉了。

6、在第四步和第五步还会检查一些标志位，如果这些标志位都正常的话，就会来到第六步，这在里把刚才拿到的段基地址跟第二步里面的段

偏移量相加，就得到了一个新的地址，这个地址就是传说中的线性地址（说实话，以我现在理解的水平，并不知道这个线性地址为什么会存在在

这个世界上）。

7、然后呢，看上面的图片，线性地址将会被送到MMU的分页部件加工厂，来处理成物理地址。

再说后半个线性地址转换为物理地址之前，需要理几个概念：

什么是页：为了提高计算机的处理效率，一切都是为了效率，所以把线性地址空间划分为了一些个大小相等的片，这个片，就是所谓的页。

这里可以稍微想一下，我们平时看的书，一页一页的，而且每页都有自己的编号，每页的大小都是一样的，在x86中，把这个页的大小规定为

4KB。而对应的，也把物理地址空间划分为大小相等的存储块，成为块或者叫做页面（晕，好烦）。

那么是什么是页表：页表就是，就是，想一下段描述符表，就知道了，页表里面放的是页的一些信息，根据这个信息就能查到这个页了。

这些信息是什么信息呢，就是页的基地址和一些属性啦。这里有个很重要的概念必须说，那就是，你想，因为每一个页都是4KB大小，那么在

4GB的线性地址空间里面就有    2的20次方    个页了（也就是1M个）。那么对于一个32位的系统来说，要用2进制从0表示到2的20次方减1，

需要多少位，当然是20位啦啦啦，然后还剩下12位来表示什么，你想想，用20位表示完了每一个页的基地址，然后还有12位来表示的当然

是页的属性啊。所以说一个页表里面的页表项刚刚好，刚刚好就可以用4B（32位）的空间来描述一个页了。而用一个页面来存一个页表的话，

那么这个页表就包含了4KB除以4B等于1K个页表项了。（这里并不是很好理解，多读几遍就好了，不行就在纸上画一下就明白了。）

然而，一个页表里面的一项的大小是4B（32位），那么上面说了一共有1M个页表，那么就需要    4乘2的20次方B     的空间来存这些个

页表。啊啊啊啊，这个就需要浪费掉4MB的空间，而且每次查找什么的，都会浪费很多时间，这样就是既浪费了空间，也浪费了很多时间。

要你何用。

因为从上面看页表的作用并不是很大，但是那只是一级啊，虽然一级的页表看似无用，但是如果用两级，或者三级呢。此处，请想一想

书的目录，是不是有二级目录和三级目录呢，所以呢，将上面那4MB大小的页表再按照一个页面4KB的分法，分出来，结果呢 ，就分出来了

4MB除以4KB等于1K个页。而上面说过，描述一个页面刚好32位（4B）空间就够了，所以1K个页面就需要4KB的空间。啊啊啊啊啊，简直了

，刚刚好刚刚好又等于4KB，刚好是一个页面。这样就形成了两级页表。

注意，注意，这里又有个很重要的东西，那就是这1K个页表，在32位系统中表示的话，用二进制数只需要10位就可以把它们从0数到

1024了。首先呢，根据这10位就可以找到一级页表的具体某一个页表项了，然后根据这个页表项就能找到具体的页表，而一个页表呢 ，又

包含了1K个页表项，那么又需要10位来表示这1K个页表项了。而对于一个页面来说是4KB，总不能根据前面的20位定位到了这个页面，然后

需要从这个4KB大小的页面里面来寻找需要的地址吧，所以我们需要一个页内偏移量，想一下，要用2进制从1数到4K需要多少位，当然是

12位啦啦啦啦。你看，巧不巧，刚好，10+10+12就是32位了，这32位就能定位到一个具体的地址了。

想一想，想一想，前面什么是32位的，当然就是我们刚才得到的线性地址啊，所以呢，就用这个线性地址的32位就可以在线性地址空间

里面具体定位出来一个地址了。

那么接下来就继续谈谈，线性地址是如何转换为物理地址的。

8、在第六步得到了一个32位的线性地址，首先将这个32位的线性地址的高10位取出来，这个高十位就是一级页表的页表项，取出来后，

因为这个只是在一级页表中位置，并不是真实的位置，我们需要从最开始介绍的那4个控制寄存器中找到R3，取R3的高20位，这个高20位就

表示的是页目录（一级页表）的基址，可是这拼接在一起才30位，还差两位呢，所以需要把线性地址的高10位左移两位，也就是乘以4。

9、在第八步中形成了32位的一个地址，这个地址是什么呢，就是一级页表在内存中的位置，然后我们根据这个地址就能找到对应的一级

页表中的某一个项了。

10、找到这个项后，因为每个项都是32位（4B）大小，所以读取4B的内容，因为一共有4M个2级目录，所以需要读取这32位的高20位，

这高20位上面也说了就是对应的二级页表的地址，而一个二级页表里面还有1K个页表项呢，这个就需要我们最开始得到的那个线性地址的中间

十位来表示了（这中间十位就是除了高10位后的紧接着那10位），和第九步一样，需要将这10位左移2位，和刚才得到的20位拼接成32位的

地址，这个地址就是二级页表在内存中的地址了。

11、然后呢，我们根据这个地址就可以在内存中找到二级页表的具体某一项了，而就可以根据这一项（32位）得到我们最终要查找的那个页

的地址了，怎么得到呢。因为我们之前一共有1M个页面，所以需要20位来表示具体是哪个页，而二级页表的项的高20位就是让我们来找到这个页

的，找到具体的这个页后，这个页是4KB大小，为了表示这4KB大小的空间，需要12位的2进制数，也就是我们线性地址的最后剩下的低12位，

把刚才得到的高20位和这个低12位拼接起来就是最终最终最终的32位物理地址了。

至此，我简单的说了一下内存寻址的过程，虽然是简单说了一下 ，但是还是用掉了我很多的时间，fuck。