谁能介绍下偏移地址物理地址的计算方法呢

问题描述

精选答案

没记错的话，很久很久以前，计算机没什么保护，数据访问（实际上就是内存里面的内容啦）都是直接给一个地址就行，反正那个时代，计算机也不是非常复杂，能干的事情也就那几样吧。

然后，计算机进化了一下，数据地址不再直接给出来了，而是通过段+偏移计算出来。一个典型的场景就是指令获取，通过cs：ip计算。cs是代码段寄存器，里面的内容是代码段的物理地址，ip是指令相对cs段寄存器的偏移地址。

大概是80年代吧，计算机又进化了，这次开始出现所谓的保护模式了。顾名思义，有些东西不能随便用了，被保护起来了，想要访问的话，必须得有权限才行。那么被保护的东西是什么呢？从系统层面看，主要就是内存的位置，有些位置存的东西比较敏感，不能随便访问。比如内核空间里面存储的数据，就不是随便能访问的。

但是内存看起来好像并没有那么明显的特权划分。就好像一条马路，我们走着走着，突然前面不让走了，比如设置了路障什么的。但是内存好像并没有什么特殊路障啊。比如地址0的位置存的是普通数据，地址100处存的是敏感数据，我们如何实现类似路障的效果呢？

理论上实现方法有很多种，intel的实现方案是：通过段寄存器来实现。前面说过，最早是没有段寄存器的，段寄存器是后来才出现的。段寄存器出现之后内存地址计算方式出现了变化，即按照段+偏移进行计算，且段寄存器里面存的是段的真实起始地址。

但是保护模式下，段寄存器又变了，不再存段的真实地址，而是通过一种间接的方式来获得真实地址，

这时段的真实地址被抽取出来，存在所谓的GDT或LDT中，而段寄存器改为存储内存所在段在GDT或LDT中的索引值（也就是数组下标，因为GDT/LDT从结构上看就是个数组）。这里先不纠结GDT/LDT是什么，长什么样子，只要知道它里面存了段地址（基址）就行。

重点：这时段寄存器最高13位用来存索引值，而最低3位被保留，其中最低2位用来存权限等级，0级最大，3级最小（注：段寄存器一直都是16位的）。

可能你也看出来了，2位最多是4个级别，是的，但是操作系统，这里指的是linux，只用了2个级别：0和3。

下面说下保护模式，前面说过，内存地址是通过段+偏移计算出来的，其中段寄存器最低2位指明了特权等级，也就是当前访问者的特权级别。而内存也是有等级的，如果你了解过内存管理，应该知道有页表这么个东西，页表项里面也有特权级的，这里不展开了。现在就比较有意思了，访问者（即段寄存器+偏移）是有特权级的，被访问者（即内存，特权级别存在对应的页表项中）也是有特权级的，一般而言，访问者的特权级别一定要大于等于被访问者的特权级别，也就是说寄存器中的特权级别必须大于或等于页表项中的特权等级。

举个例子就是，大家都知道很多资料都是有密级的，大boss可以查看密级很高的资料，而普通人只能看密级很低的资料。

大概就是这么个理解。

至于用户栈和内核栈，首先程序运行时是需要一段内存来保存运行时数据的，比如局部变量，这个内存就是所谓的栈。保护模式下，用户态的代码是不能访问内核的数据的，否则就像谁都可以进你家里一样，很容易被人恶意利用。但是程序执行一定要一个栈的，所以内核态和用户态各自有自己的栈，就是所谓的内核栈和用户栈。

进程切换特权级别时，会自动切换栈的。