逻辑/线性/物理地址

定义

逻辑地址
- 是一个程序所看到和使用的地址空间，是逻辑意义上的存在，一般用段内偏移量表示
- 需要经过分段转换
  - 实模式下：段基地址 + 段内偏移
  - 保护模式下：段选择符 + 段内偏移
- 本质上还是运用了基地址，这样不同程序的代码运行不会冲突
线性地址
- 逻辑地址经过分段转换，就变成线性地址，是平坦的
- 如果不使用分页，那么这就是物理地址
物理地址
- 如果使用了分页，那线性地址要经过分页转换，才会最终变成物理地址

分页

【问题】分段在保护模式中解释过了，那分页又是什么？
- 分页就是指: 按页为单位进行映射。
- 对于连续的线性地址可以映射到不连续的物理内存上。
存在分页时，线性地址不能直接到物理内存中找，而是要先经过如下路径
处理线性地址，划分为
- 高10位
  - 准备用来生成页目录的单项地址偏移，进入下一步
- 中间10位
  - 准备用来生成页表的单项地址偏移，进入下下步
- 低12位
  - 终极偏移量，留到最后使用
  - 由于2 ^ 12 = 4KB
  - 所以可用来在某个4KB的页里面准确定位
- 【问】这里为什么是10位作为偏移？
- 【答】10位如果左移2位，就能生成12位的真正偏移地址，地址跨度是4个字节，所以后面每一项的大小为4字节
转战到页目录
- 要先从CR3寄存器拿到基地址
  - 取高20位作为页目录的高位拼接地址
- 页目录总共有 2 ^ 10 = 1024 项
- 每一项大小为4字节32位，取出
  - 高20位
    - 作为页表的高位拼接地址，进入下一步
- 所以页目录总占用空间为 1024 * 32bit = 4KB
- 【问】这里为什么是高20位作为高位拼接地址？
- 【答】高20位在左边，右边再拼接上一步的12位真正偏移地址，刚好就能组成32位地址（其实这种拼接等价于 “完整的32位”与“12位” 做一次加法运算）
转战到页表
- 上一步已经拿到页表的高位拼接地址
- 页表也是有 2 ^ 10 = 1024 项
- 每一项大小也是4字节32位，取出
  - 高20位
    - 作为页的高位拼接地址，后面接上12位的终极偏移量，到物理内存中寻找页
- 所以页表总占用空间为 1024 * 32bit = 4KB
这么说来，页目录和页表也是页（大小为4KB）
总结下来，1024项的页目录，每一项分别指向一个1024项的页表，每一项页表可以指定20位的高位拼接地址（也就是物理内存中的单个页的起始地址）

【猜想】这里的门道可能很大，因为可以让不同的线性地址指向同一个物理地址，2(2 ^ 10) * (2 ^ 10) 能得出 2 ^ 20个坑位（即1048576个页面），而这些坑位可以拿物理内存中的20位高位拼接地址去随便填，甚至是重复？

【猜想2】同样，不同程序中同一个虚拟地址也可以指向不同的物理地址？

查了下资料，通过改变段寄存器实现，貌似在分段生成线性地址时有GDTR和LDTR这两个概念

例子：在linux内核中，就有四种段选择器，分别是

_USER_CS 用户态的代码
_USER_DS 用户态的数据
_KERNEL_CS 内核态的代码
_KERNEL_DS 内核态的数据

代表用户态和内核态，可以用同样的地址，二者会被分段机制分配到不同的线性地址上

由于大部分Linux用户态程序不使用LDT局部描述符表，所以内核定义一个默认的LDT供大部分进程共用，然而，在某些情况下，进程可能需要设置它们自己的LDT

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