西安邮电大学Linux内核段机制详解：从HelloWorld到地址空间转换

本课件主要围绕Linux内核的"保护模式之段机制"展开讲解，以一个简单的"HelloWorld"程序为例，引导读者理解程序的编译、链接和执行过程。首先，程序由C语言编写，通过GCC编译器编译成汇编程序，然后用gas汇编器转换为目标代码，再通过ld连接器形成可执行文件。这里探讨的核心问题是：链接后形成的地址是虚地址还是实地址，以及程序如何在虚拟内存和物理内存之间操作。 课程进一步深入到程序的地址空间概念，指出在64位系统中，地址空间包括地址、指令码和汇编指令。在保护模式下，CPU通过MMU进行地址转换，将虚地址转换为物理地址。这个过程涉及到分段机制和分页机制，其中分段机制将虚拟地址转换为线性地址，而分页机制负责将线性地址映射到物理地址。 介绍了一个关键的数据结构——段描述符表，它用于记录每个段的虚拟地址空间段号、基地址、界限和属性。段描述符表中的每个条目称为段描述符，它提供了段的起始地址和长度信息，以及权限控制等属性。在保护模式下，段寄存器（或选择符）存储了段号，用于在描述符表中选择特定的段进行访问。 此外，课程还提到段寄存器中包含的RPL（请求者特权级别），这是保护模式下决定程序对不同内存区域访问权限的重要参数。理解这一机制有助于深入理解操作系统如何管理和控制程序的运行环境，确保安全性和资源的有效利用。 通过本章的学习，学生将掌握Linux内核中段机制的工作原理，这对于理解和调试程序、优化内存管理以及开发高性能的系统级软件至关重要。