操作系统保护模式下的分段机制解析

"本文档详细介绍了操作系统的分段机制，涉及到保护模式下的内存管理和寻址方式，特别是全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT）的角色。内容涵盖线性地址、段、段描述符以及段选择符等关键概念。" 在保护模式的操作系统中，分段机制是内存管理的基础，它允许动态分配和保护内存资源。分段机制的核心在于段地址和偏移量的结合，这两者共同构成了逻辑地址，用于程序中访问内存。在32位保护模式下，每个任务拥有4GB的虚拟内存空间，这一空间被称为线性地址空间。 线性地址是在分段和分页机制共同作用下形成的中间层地址，它不是直接的物理地址。当分页功能启用时，段部件计算出的地址是线性地址，之后通过页部件的转换，线性地址才能转化为实际的物理地址。线性地址空间为每个任务提供了一条连续的地址范围，方便内存管理和调度。 段是线性地址空间的基本单位，由段基址、段限长和段属性定义。段基址表示线性地址空间中段的起始位置，32位的段基址可以覆盖0到4GB的地址范围。虽然非对齐的基地址是允许的，但对齐到16字节边界通常能优化代码和数据的访问效率。段限长定义了段的大小，限制了该段可以访问的内存范围。段属性则包含了访问权限、特权级别等信息，用于保护内存资源不被非法访问。 段描述符是存储段特征的数据结构，包含段基址、段限长和段属性等信息。这些描述符存放在段描述符表中，其中，全局描述符表（GDT）是系统级别的，所有任务都能访问，而局部描述符表（LDT）则是任务私有的，可以包含特定任务所需的段描述符。段选择符是一个16位标识符，用于在描述符表中定位对应的段描述符，从而确定逻辑地址如何映射到线性地址。 分段机制是保护模式下实现内存管理和安全性的重要手段，通过段地址、偏移量、段描述符和段选择符的配合，构建了虚拟地址到线性地址再到物理地址的转换过程。理解这一机制有助于深入掌握操作系统内部的内存管理原理。