Senghoo's Blog

硬件中的分段

从80286模型开始，INTEL处理器添加了一种叫保护模式的东西。所以现在的CPU有两种模式：实模式（80286以前CPU运行的模式），保护模式（现代的CPU大部分时间工作的模式）。
CPU刚加电开机的时候处于实模式。这种模式下对内存的寻址是直接使用物理地址寻址。而且可寻址的空间很有限，只有1MB。
经过一定的转换机制后CPU进入保护模式（CR0寄存器的PE为置1，PE位为CR0寄存器的第0位），保护模式中，CPU的寻址能力得到扩展能使用所有的可用内从空间。
实模式存在的主要原因是为了保持和以前处理器的兼容（现在都32年过去了，还得和1978年的8086CPU保持兼容。。。。），并且让操作系统自举。
保护模式相关更多信息请看:http://en.wikipedia.org/wiki/Protected_Mode

段选择符和段寄存器

CPU中有6个段寄存器分别是：CS，DS，SS，ES，FS，GS。
这些中三个寄存器有专门的用途：
CS：代码段寄存器，可执行的指令就包含在这里，执行时SC：IP指向要执行的指令（当前执行）。
SS：栈段寄存器，程序的栈就在这个段。
DS：数据段寄存器，保存程序执行时的数据。
其他寄存器可以用做任意用途。
这里简单说一下没启用保护模式的时候分段机制。
没启用保护模式的时候段寄存器直接存储地址的高16位，而偏移表示底16位。
也就是物理地址=段寄存器*16+偏移地址
开启保护模式后段寄存器保存的就不是简单的保存物理地址高位，而是保存叫段选择符（Segment Selector）的东西。
PS：以下注意段选择符，段描述符，这两个是不同的，分别用于选择和描述一个段。
段选择符的结构如图：

Segment Selector format

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内存地址

内存地址有三种类型：逻辑地址，线性地址，物理地址。
逻辑地址：常见程序所表示的地址就是逻辑地址。比如MS-DOS程序设计时使用DS：EAX，CS：IP等地址都是逻辑地址。此类地址把地址分为段偏移的模式来把程序分为若干段。在逻辑地址层面上可以把内存看为若干个段来分开的空间。
线性地址：线性地址是32位整数。是逻辑地址通过分段单元转换后的结果。在线性地址上可以把内存看为0×00000000到0xfffffff的线性空间。
物理地址：芯片级寻址用的地址。与地址总线上的电信号对应。

刚开始突然接触三种地址有点晕，可以这么理解：
比如把内存比喻成几本书落在一起。
逻辑地址的模式是，第X本书的第Y页的内容。
线性地址的模式是：从头数，第XX页的内容。
物理地址的模式是：从头开始测量第N毫米的页的内容。
虽然这种比喻在后面的说实际工作模式的时候会发现不太正确。但是现在对于理解三种地址还是有些帮助的。
CPU和内存真正进行数据交换的时候需要使用物理地址，而一般程序所使用的是逻辑地址。可能会有疑问为什么会进行两次转换，而不是一次转换搞定的策略，这个问题在接下来的分析中会浮出水面。

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关于这本书的详细介绍在
新书入账-LINUX内核技术手册
本书根据CC2.5协议免费发布，看完了感觉不错。
对gentoo等从零开始类发行版安装的时候作为内核帮助手册很不错。
分享下。
官网：http://www.kroah.com/lkn/
下载地址：linux内核技术手册英文电子版

内核源码中存在这么一个宏container_of
用于从一个结构体的成员指针获取结构体的指针。
如：

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struct my{
	int a;
	int b;
};

在此如果知道成员b的指针可用container_of函数来获取包含b的my结构体的指针。
在此列中使用如以知b的指针pb:

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struct my *getmy;
getmy = container_of(pb,struct my,b);

这样就获取到了my的指针。
这个宏的工作原理比较简单，下面简单介绍下其工作原理和实际代码。
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原书名： Linux Kernel in a Nutshell
很薄的一本书，主要讲述linux内核配置
因为我使用的是gentoo系统，必须手动配置内核。
而网上讲解内核配置的文章比较零散。
感觉买来需要时当手册用确实不错。
看到作者是gentoo系统开发者，稍微支持下拉。。
因为书薄的关系很短时间内能看完，也确实学到了内核配置方面以前不知道的技巧。

LINUX内核技术手册