Linux内核与用户空间的线性地址分布解析

"这篇文档主要讨论了Linux操作系统在i386架构下的线性地址空间分布，以及相关的内存管理机制，包括分页和分段。此外，提到了Linux内存管理的一些关键方面，如用户和内核地址空间的划分，以及共享存储的实现。" 在Linux系统中，内存管理是至关重要的部分，特别是对于i386架构，它使用了保护模式的分段和分页机制来管理内存。分段允许不同权限级别的访问，并提供了一种将程序逻辑结构与物理内存地址分离的方法。每个段都有一个段选择子，包含描述符索引、访问特权级和段内偏移。段描述符则包含了段基地址、段界限和访问控制信息。 分页则是将线性地址转换为物理地址的过程。在i386架构下，线性地址由段选择子、段内偏移、页目录索引、页表索引和页内偏移组成。通过这些索引，可以找到对应的页目录表（PMD）和页表（PGD），从而得到物理地址。页目录和页表的索引是通过线性地址的高位进行计算的，而页内偏移则是用于访问页内的特定字节。 Linux的4GB线性地址空间被划分为用户空间和内核空间。用户空间从0x00000000到0xBFFFFFFF，共3GB，这部分空间由用户和内核共享。内核空间则从0xC0000000开始，占据1GB，这部分空间仅对内核可用，用户态程序无法直接访问。为了减少页目录同步的开销，所有进程的页目录的最后一部分都指向相同的内核页目录项。 此外，文档还提到了内存映射区域，其中包括文件映射和共享库。文件映射允许将文件内容直接映射到进程的地址空间中，而共享库则允许多个进程共享同一份代码副本，从而节省内存。 内核物理内存的管理涉及空闲物理内存的分配和释放，以及内核接口如pgd和pte等，它们是用于管理页目录和页表的结构体。这些接口提供了对物理内存的高效分配和回收。 最后，Linux内存管理还包括一些特殊的标志，如存在位、读写位、用户/内核访问位、写透标志、高速缓存启用位、访问位和已写标志等，这些标志用于控制页面的访问和状态。 这个文档深入探讨了Linux内存管理的核心机制，特别是线性地址空间的分布和转换，以及如何通过分页和分段实现内存的高效管理。这些知识对于理解和调试Linux系统以及编写系统级程序至关重要。