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Linux操作系统分析——内存寻址 保护模式 一、操作系统概述 不同角度看操作系统（地位、作用） 普通用户：图形界面、字符命令界面 开发者：操作系统编程接口 操作系统设计者：设计系统5大功能及结构 计算机系统：硬件与软件的桥梁 发展演变 主旋律：多道、分时 滞后于计算机语言的发展，至今还没有彻底对象化；仍在探索单内核和微内核的最佳组合方式。 linux打破了传统的封闭式开发，开源社区如火如荼 Unix/Linux系统发展 MULTICS UNIX LINUX POSIX、GNU、GPL 开发模式：遵循GPL，开放源代码、利用internet，通过BBS、新闻组及电子邮件，集体协作地开发。 自由程序员提交代码，只有领导者才有权限决定把哪些代码合并到正式核心版本中。 大量用户测试、高经验程序员裁决，linux的正式发布代码质量很高。 单内核 整个系统是一个大模块，模块间交互时直接调用其他模块的函数。注重执行效率。 微内核 服务尽可能的分离出内核，变成相对独立的模块，模块、微内核通过通信机制交互，相对效率较低些，但方便修改维护。 尚处于发展阶段。 二、Linux内核组成 进程调度：基于优先级和时间片，处于中心地位，其他子系统均依赖于它。 内存管理 虚拟文件系统： linux把设备看做特殊文件，对设备的操作和文件的操作都是通过虚拟文件系统。该部分可分两部分：逻辑文件系统和设备驱动程序。 4. 网络功能 现代操作系统都支持网络功能，该部分分为：网络协议和网络驱动程序。 5. 进程间通信：协调程序执行不可或缺的一部分 学习Linux操作系统的实现 理解原理 理解运行机制出发，分析数据结构、相关应用等。 参考内核源代码 实现的具体细节最终落到源代码上。在理论明了、有一定的程序基础后再梳理代码，这是需要反复且花功夫的一件事。 Linux源代码的阅读方法 阅读顺序 纵向：顺着程序的执行顺序逐步进行。 横向：分模块进行 划分不是绝对的，而是经常结合在一起进行 Linux的启动：顺着linux的启动顺序读，大致流程如下（以X86平台为例）： ./arch/x86/boot/bootSect.S ./arch/x86/boot/setup.S ./arch/x86/kernel/head.S ./init/main.c中的start_kernel() 对于内存管理等部分，可以单独拿出来按模块进行阅读分析。 阅读工具 帮助追踪复制调用，数据结构定义等 windows环境下利用Source Insight linux环境下利用lxr(linux cross reference)或glimpse等 开始 一般按顺序阅读启动代码； 然后进行专题阅读，如进程部分，内存管理部分等。在每个功能函数内部应该一步步来 OK，为了更好理解，反复读。 从启动开始，处理器就在不断的取指令、执行指令。 内存寻址是关系系统运行很重要的一个问题，先进行讨论： 处理器怎么从内存中找到一条指令？ 三、内存寻址 处理器的发展 操作系统是以硬件为基础的，linux支持的处理器平台有ARM 、i386 、Alpha等 Intel公司的i386是使用最广泛的 intel最早推出了微处理器史上第一款微处理器芯片4004，4位处理器。 随后，intel又推出8位的8080处理器，而今已发展至64位处理器 n位处理器，一般指ALU宽度。 8位：8080 16位：8086、8088、80286 32位：80386 i386系列开始 内存寻址亦随着处理器变化而变化： 16位、24位、32位 1、内存寻址的演变 8位时代——8080 系统总线的数据线通常与ALU同宽度 从程序设计的角度，地址最好与一个整数的长度一致。 8位数据线、8位地址线？ NO! 8位数据线、16位地址线？ 因为8位的cpu寻址能力，仅寻址256B （28）内存太小了。所以地址线采用16位寻址 （216B=64KB） ，于是也造成了cpu内部结构的不均匀性。 8位寄存器如何寻址16位地址？ 8080利用1个8位主累加器和若干8位次累加器（寄存器）的计算实现16位内存地址访问。 此时的内存访问是绝对地址访问，程序中的地址就是实际物理地址（程序直接操作寄存器、内存单元等,与硬件相关）。 没有段的概念。 16位时代——8086、8088 8086处理器是intel x86王朝的开始，因为引入了重要概念——段。段是怎么来的？ 8086ALU的宽度即数据总线是16位 内存地址线设置16位的话就一致了。 但16位大小的内存空间似乎满足不了未来需要。Intel最终决定内存寻址目标为20位（1MB）。 位数不一致，相差4位！！！16位的寄存器如何进行20位的地址计算？ 216 220=24*216=16*