Linux0.11内核源码解析：内存管理和页表映射

"这篇内容主要讲述了Linux 0.11内核的内存管理机制，特别是如何在保护模式下实现对物理内存的管理。作者通过分析内核如何设置页目录表和页表，使得内核线性地址与物理地址重合，从而直接访问物理内存。" 在Linux 0.11内核中，内存管理是操作系统的重要组成部分，它负责有效地分配、管理和回收内存资源。保护模式是386处理器的一种工作模式，它提供了虚拟存储的基础，但同时也引入了线性地址和物理地址的映射机制，增加了内存管理的复杂性。 在保护模式下，每个线性地址都需要通过页目录表和页表进行映射才能访问对应的物理地址。为了管理物理内存，Linux 0.11采取了一种巧妙的方法，即让内核使用的线性地址直接对应物理地址，这样内核就能直接操作物理内存而无需经过复杂的映射步骤。这一策略在初始化阶段实现，通过设置页目录表和页表来达成。 在代码段中，可以看到初始化过程中，首先为页目录表和4个页表分配了内存，并用0填充。页目录表位于物理地址0x0000，而4个页表分别位于0x1000、0x2000、0x3000和0x4000。这些内存布局是基于当时机器只有16MB内存的假设，每个页表覆盖4MB物理空间，总共只需要4个页表；而一个页目录表则足以覆盖4GB的线性地址空间。 设置页表的过程涉及将物理地址映射到线性地址，以便内核可以直接使用线性地址访问内存。这通常通过修改页表项来完成，每个页表项包含一个物理地址的高20位以及一些控制标志，如访问权限和写保护等。通过这种方式，Linux 0.11确保了内核在执行时，其使用的线性地址与实际物理地址相同，从而简化了内存管理。 此外，这种设计还提高了系统的安全性，因为用户程序无法直接访问物理内存，只能通过内核提供的接口进行操作。内核作为系统资源的管理者，可以控制内存的分配和释放，防止数据的非法访问和破坏。 Linux 0.11的内存管理机制体现了早期Linux内核设计的简洁和高效。通过对页目录表和页表的精心配置，实现了在保护模式下对物理内存的直接管理，同时也保障了系统的稳定性和安全性。这种设计思路在后续的Linux版本中得到了进一步发展和完善，成为了现代操作系统内存管理的基础。