§2 内存寻址 本章介绍寻址技术。值得庆幸的是，操作系统自身不必完全了解物理内存；如今的微处理器包含的硬件线路使内存管理既高效又健壮，所以编程错误就不会对该程序之外的内存产生非法访问。 作为本书的一部分，本章将详细描述80x86微处理器怎样进行芯片级的内存寻址，Linux又是如何利用寻址硬件的。我们希望当你学习内存寻址技术在Linux 最流行的硬件平台上的详细实现方法时，既能够更好地理解分页单元的一般原理，又能更好地研究内存寻址技术在其他平台上是如何实现的。 关于内存管理有三章，这是其中的第一章；还有第八章，讨论内核怎样给自己分配主存；以及第九章，考虑怎样给进程分配线性地址。 §2.1 内存地址 程序员偶尔会引用内存地址（memory address）作为访问内存单元内容的一种方式，但是，当使用80x86 微处理器时，我们必须区分以下三种不同的地址： ＊逻辑地址（logical address） 包含在机器语言指令中用来指定一个操作数或一条指令的地址。这种寻址方式在80x86著名的分段结构中表现得尤为具体，它促使MS-DOS 或Windows程序员把程序分成若干段。每一个逻辑地址都由一个段（segment）和偏移量（offset或 displacement）组成，偏移量指明了从段开始的地方到实际地址之间的距离。 ＊线性地址（linear address）(也称虚拟地址 virtual address) 是一个32 位无符号整数，可以用来表示高达4GB的地址，也就是，高达4 294 967296 个内存单元。线性地址通常用十六进制数字表示，值的范围从0x00000000 到0xffffffff。 ＊物理地址（physical address） 用于内存芯片级内存单元寻址。它们与从微处理器的地址引脚发送到内存总线上的电信号相对应。物理地址由32 位或36 位无符号整数表示。 内存控制单元（MMU）通过一种称为分段单元（segmentation unit）的硬件电路把一个逻辑地址转换成线性地址；接着，第二个称为分页单元（paging unit）的硬件电路把线性地址转换成一个物理地址（见图2-1） screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new window\nCTRL Mouse wheel to zoom in/out';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new window\nCTRL Mouse wheel to zoom in/out';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://file:///C:/DOCUME~1/sz081474/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />  在多处理器系统中，所有CPU都共享同一内存；这意味着RAM芯片可以由独立的CPU并发地访问。因为在RAM芯片上的读或写操作必须串行地执行，因此一种所谓内存仲裁器（memory arbiter）的硬件电路插在总线和每个RAM 芯片之间。其作用是如果某个RAM芯片空闲，就准予一个CPU 访问，如果该芯片忙于为另一个处理器提出的请求服务，就延迟这个CPU的访问。即使在单处理器上也使用内存仲裁器，因为单处理器系统中包含一个叫做DMA控制器的特殊处理器，而DMA 控制器与CPU 并发操作［参见第十三章“直接内存访问（DMA）”一节”］。在多处理器系统的情况下，因为仲裁器有多个输入端口，所以其结构更加复杂。例如，双Pentium 在每个芯片的入口维持一个两端口仲裁器，并在试图使用公用总线前请求两个CPU交换同步信息。从编程观点看，因为仲裁器由硬件电路管理，因此它是隐藏的。 |
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