深入理解Linux內(nèi)存映射機(jī)制 (4)

84 84 04 08 push $0x8048484
8048376: e8 35 ff ff ff call 80482b0 <printf@plt>
804837b: 83 c4 10 add $0x10,％esp
804837e: c9 leave
804837f: c3 ret

08048380 <main>:
8048380: 55 push ％ebp
8048381: 89 e5 mov ％esp,％ebp
8048383: 83 ec 08 sub $0x8,％esp
8048386: 83 e4 f0 and $0xfffffff0,％esp
8048389: b8 00 00 00 00 mov $0x0,％eax
804838e: 83 c0 0f add $0xf,％eax
8048391: 83 c0 0f add $0xf,％eax
8048394: c1 e8 04 shr $0x4,％eax
8048397: c1 e0 04 shl $0x4,％eax
804839a: 29 c4 sub ％eax,％esp
804839c: e8 c7 ff ff ff call 8048368 <test>
80483a1: c9 leave
80483a2: c3 ret
80483a3: 90 nop
從上述結(jié)果可以看到, ld給test()函數(shù)分配的地址為0x08048368.在elf格式的可執(zhí)行文件代碼中，ld的實(shí)際位置總是從0x8000000開始安排程序的代碼段， 對每個程序都是這樣。至于程序在執(zhí)行時在物理內(nèi)存中的實(shí)際位置就要由內(nèi)核在為其建立內(nèi)存映射時臨時做出安排， 具體地址則取決于當(dāng)時所分配到的物理內(nèi)存頁面。假設(shè)該程序已經(jīng)運(yùn)行， 整個映射機(jī)制都已經(jīng)建立好， 并且CPU正在執(zhí)行main()中的call 8048368這條指令， 要轉(zhuǎn)移到虛擬地址0x08048368去運(yùn)行. 下面將詳細(xì)介紹這個虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址的映射過程.
首先是段式映射階段。由于0x08048368是一個程序的入口，更重要的是在執(zhí)行的過程中是由CPU中的指令計數(shù)器EIP所指向的， 所以在代碼段中。 因此， i386CPU使用代碼段寄存器CS的當(dāng)前值作為段式映射的選擇子， 也就是用它作為在段描述表的下標(biāo).那么CS的值是多少呢？
用GDB調(diào)試下test：
(gdb) info reg
eax 0x10 16
ecx 0x1 1
edx 0x9d915c 10326364
ebx 0x9d6ff4 10317812
esp 0xbfedb480 0xbfedb480
ebp 0xbfedb488 0xbfedb488
esi 0xbfedb534 -1074940620
edi 0xbfedb4c0 -1074940736
eip 0x804836e 0x804836e
eflags 0x282 642
cs 0x73 115
ss 0x7b 123
ds 0x7b 123
es 0x7b 123
fs 0x0 0
gs 0x33 51
可以看到CS的值為0x73, 我們把它分解成二進(jìn)制:
0000 0000 0111 0011
最低2位為3， 說明RPL的值為3， 應(yīng)為我們這個程序本省就是在用戶空間，RPL的值自然為3.
第3位為0表示這個下標(biāo)在GDT中。
高13位為14， 所以段描述符在GDT表的第14個表項中， 我們可以到內(nèi)核代碼中去驗證下:
在i386/asm/segment.h中:
#define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS 14
#define __USER_CS (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS * 8 3)
可以看到段描述符的確就是GDT表的第14個表項中。
我們?nèi)DT表看看具體的表項值是什么， GDT的內(nèi)容在arch/i386/kernel/head.S中定義:
ENTRY(cpu_gdt_table)
.quad 0x0000000000000000 /* NULL descriptor */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x0b reserved */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x13 reserved */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x1b reserved */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x20 unused */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x28 unused */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x33 TLS entry 1 */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x3b TLS entry 2 */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x43 TLS entry 3 */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x4b reserved */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x53 reserved */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x5b reserved */

.quad 0x00cf9a000000ffff /* 0x60 kernel 4GB code at 0x00000000 */
.quad 0x00cf92000000ffff /* 0x68 kernel 4GB data at 0x00000000 */
.quad 0x00cffa000000ffff /* 0x73 user 4GB code at 0x00000000 */
.quad 0x00cff2000000ffff /* 0x7b user 4GB data at 0x00000000 */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x80 TSS descriptor */
.quad 0x0000000000000000 /* 0x88 LDT descriptor */

/* Segments used for calling PnP BIOS */
.quad 0x00c09a0000000000 /* 0x90 32-bit code */
.quad 0x00809a0000000000 /* 0x98 16-bit code */
.quad 0x0080920000000000 /* 0xa0 16-bit data */
.quad 0x0080920000000000 /* 0xa8 16-bit data */
.quad 0x0080920000000000 /* 0xb0 16-bit data */
/*
* The APM segments have byte granularity and their bases
* and limits are set at run time.
*/
.quad 0x00409a0000000000 /* 0xb8 APM CS code */
.quad 0x00009a0000000000 /* 0xc0 APM CS 16 code (16 bit) */
.quad 0x0040920000000000 /* 0xc8 APM DS data */

.quad 0x0000000000000000 /* 0xd0 - unused */
.quad 0x0000000000000000 /* 0xd8 - unused */
.quad 0x0000000000000000 /* 0xe0 - unused */
.quad 0x0000000000000000 /* 0xe8 - unused */
.quad 0x0000000000000000 /* 0xf0 - unused */
.quad 0x0000000000000000 /* 0xf8 - GDT entry 31: double-fault TSS */
.quad 0x00cffa000000ffff /* 0x73 user 4GB code at 0x00000000 */

我們把這個值展開成二進(jìn)制:
0000 0000 1100 1111 1111 1010 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111
根據(jù)上述對段描述符表項值的描述， 可以得出如下結(jié)論：
B0-B15, B16-B31是0， 表示基地址全為0.
L0-L15, L16-L19是1， 表示段的上限全是0xffff.
G位是1 表示段長度單位均為4KB。
D位是1 表示對段的訪問都是32位指令
P位是1 表示段在內(nèi)存中。
DPL是3 表示特權(quán)級是3級
S位是1 表示為代碼段或數(shù)據(jù)段
type為1010 表示代碼段， 可讀， 可執(zhí)行， 尚未收到訪問
這個描述符指示了段從0地址開始的整個4G虛存空間，邏輯地址直接轉(zhuǎn)換為線性地址。
所以在經(jīng)過段式映射后就把邏輯地址轉(zhuǎn)換成了線性地址， 這也是在linux中， 為什么邏輯地址等同于線性地址的原因了。
4.3 頁式映射

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