分段机制解析
硬件中的分段
1.1 段选择符和段寄存器
分段是一种朴素的内存管理机制，它将内存划分成以起始地址(Base)和长度(Limit)描述的块，这些内存块就被称为“段”。一个逻辑地址由两部分组成：一个段选择符和段内偏移量。段选择符是一个16位长的字段，格式如下图所示：
为了快速方便地找到段选择符，处理器提供段寄存器，段寄存器的唯一目的就是存放段选择符。这些寄存器称为cs，ss，ds，es，fs和gs。
1.2 段描述符
段描述符描述某个段的基地址、长度以及各种属性。段描述符放在全局描述符表(Global Descriptor Table,GDT)或局部描述符表(Local Descriptor Table,LDT)中。
系统中至少有一个GDT可以被所有进程共享。相对的，系统中可以有一个或多个LDT,可以被某个进程私有，也可以被多个进程共享。GDT仅仅是内存中的一个数据结构，可以把它看成一个数组，每个元素由基地址(Base)和长度(Limit)描述。LDT则是一个段，它需要一个段描述符来描述它。LDT的的段描述符存放在GDT中，当系统中有多个LDT时，GDT中就必须有对应数量的段描述符。
GDT在主存中的地址和大小存放在gdtr寄存器中，当前正在被使用的LDT的地址和大小放在ldtr寄存器中。
通过段选择符索引GDT/LDT的过程如下图：
1.3 快速访问段描述符
段寄存器仅仅存放段选择符。为了加速逻辑地址到线性地址的转换，80x86处理器提供一种非编程的寄存器，供6个可编程的段寄存器使用。每一个非编程的寄存器含有8个字节的段描述符，由相应的段寄存器中的段选择符来指定。每当一个段选择符被装入段寄存器时，相应的段描述符就由内存装入到对应的非编程CPU寄存器。从那时起，针对那个段的逻辑地址转换就可以不访问主存中的GDT或LDT，处理器只需要直接引用存放段描述符的CPU寄存器即可。仅当段寄存器的内容改变时，才有必要访问GDT或LDT，过程如下图：
1.4 分段单元
Linux中的分段
四个主要的Linux段的段描述符字段的值如下：
2.1 Linux GDT
在单处理器系统中只有一个GDT，而在多处理器系统中每个CPU对应一个GDT。
下图是GDT的布局示意图：
2.2 The Linux LDTs
大多数用户态下的Linux程序不使用局部描述符表，这样内核就定义了一个缺省的LDT供大多数进程共享。
参考资料：
- 《深入理解linux内核》
- 《系统虚拟化：原理与实现》