Linux保护模式详解：分段与分页机制

"Linux保护模式机制分析" 在计算机操作系统中，尤其是Linux系统，保护模式是处理器工作的一种关键模式，它提供了高级别的内存管理和访问控制，确保系统安全和稳定性。本资源主要探讨了Linux在80386架构下如何利用保护模式来实现内存管理。 首先，保护模式的引入主要是为了解决实地址模式下的限制，实地址模式下内存管理较为简单，但不支持内存保护和多任务。保护模式则引入了分段和分页机制，使得操作系统可以有效地管理和保护内存资源，同时支持多用户、多任务环境。 在80386处理器中，存在两种工作模式：实地址模式和保护模式。Linux操作系统几乎全程运行在保护模式下。在这个模式下，内存被划分为多个可变大小的段，每个段最大可达4GB，整个虚拟地址空间可达16K个段。这种分段机制通过段寄存器（如CS、DS、ES、SS、FS和GS）的段选择器来标识和管理各个段。 分页机制是保护模式下的另一重要特性，它进一步细化了内存管理。80386处理器采用4K字节的页面，通过两级页表结构将线性地址转换为物理地址。页目录包含1K个表项，每个表项4字节，指向二级页表的地址。二级页表同样有1K个表项，每个表项提供物理地址。通过这种方式，4GB的线性地址空间被映射成1M个4K大小的页面。 在Linux 0.11版本中，分页机制的一些核心概念包括页框地址，它是指内存页的物理起始地址，由于页面对齐，其低12位总是0。释放页表时，会计算出释放的页表数(size >> 22)，并获取页目录(dir)和页表(page_table)的起始指针。0xfffff000与运算的目的是获取页框地址，即去除页内偏移，保留页框号。 主内存区在Linux中是一个重要的内存区域，通常用于存放页表和其他关键数据结构。通过精细的分页和分段管理，Linux能够高效地利用内存资源，并确保系统安全，防止不同进程间的内存冲突和数据泄露。 Linux PE_Protected_Enable涉及到的是Linux系统在80386处理器的保护模式下，如何利用分段和分页机制实现内存管理和保护，这不仅提高了系统的多任务处理能力，也保证了每个进程的内存隔离，增强了系统的稳定性和安全性。