Linux 0.11内存管理：突破保护模式，实现内核与物理内存映射

在Linux 0.11内存管理的讲解中，作者袁镱探讨了如何在386保护模式下实现对物理内存的有效管理。在保护模式下，由于硬件支持虚拟存储，操作系统必须通过页目录表（Page Directory）和页表（Page Tables）的映射机制来间接访问物理地址，以防止用户程序直接操作物理内存，从而提高系统的安全性。然而，这种机制也为操作系统管理内存带来了挑战。 Linux 0.11中，通过巧妙地设计内核的线性地址与物理地址的对应关系来解决这个问题。具体来说，通过在进入保护模式前初始化页目录表和页表，将页目录表放置在物理地址0x0000（_pg_dir），四个页表分别放在pg0=0x1000、pg1=0x2000、pg2=0x3000、pg3=0x4000处。这样，当内核使用特定的线性地址，如0x00001000，它会直接映射到物理地址0x00001000，从而实现了对物理内存的直接访问。 由于初始时硬件限制（16M内存），Linux 0.11的设计仅考虑了4GB的线性地址空间，每个页表负责4MB物理内存，总共只需要4个页表。页目录表则用于管理整个4GB的线性空间，因此只需要一个。核心代码部分，例如在"linux/boot/head.s"文件中，可以看到对5个页面内存进行初始化的步骤，这包括清零操作，确保内存的正确布局。 Linux 0.11通过精心设计的内存映射策略，成功在保护模式下实现了对物理内存的管理，既保持了系统的安全性，又允许内核直接操作物理内存，这对于早期版本的操作系统而言是一项重要的技术突破。同时，这段内容也展示了内核开发者如何根据硬件限制和内存管理需求来优化系统结构。