Linux IA-32/PAE内存地址映射详解与实验

本文主要探讨了Linux在IA-32架构CPU上的内存地址映射过程，以RHEL5.8 i686内核源码版本2.6.18-308为例。首先，文章概述了内存地址映射的基本概念，指出在32位和64位系统中，通过运行简单的C程序观察变量地址，帮助读者理解逻辑地址、线性地址和物理地址的区别。 在IA-32体系结构中，内存地址映射涉及到CPU的寄存器，如系统寄存器和内存管理寄存器。系统寄存器如GDTR（全局描述符表寄存器）和CR3（当前基地址寄存器）在保护模式内存管理中起关键作用。逻辑地址首先经过一系列的转换，包括映射到线性地址（通过段描述符和页表），然后映射到物理地址，这通常涉及到PDPTE寄存器在PAE（大页支持）情况下的使用。 Linux内核的地址映射过程分为段式映射和页式映射。段式映射在早期系统中常见，它将地址空间划分为多个段，每个段有自己的基地址和长度；而页式映射则是现代Linux系统的主要方式，通过页表索引来查找物理内存地址。作者提供了实验部分，详细讲解了如何通过读取gdtr和cr3寄存器值，以及实际操作来观察Linux内存映射的过程，包括PAE机制下的映射。 在实验中，作者展示了如何在32位和64位系统环境下执行不同的地址映射操作，比如读取物理内存数据，以及在PAE模式下段式和页式映射的差异。这些实验有助于理解Linux内核如何在硬件支持下管理内存，确保程序的正确访问权限和内存安全。 最后，文章总结了一些常见的问题和解答，可能涉及到地址空间大小限制、虚拟内存管理、内存保护等问题。通过本文的学习，读者可以深入了解Linux在x86架构上的内存管理机制，以及如何通过源码分析来验证和实践这些理论知识。