内存地址是什么

Posted 2021-02-12 gengqzh

逻辑上，内存是一个有序字节组成的数组，每个字节有唯一的内存地址，那这个地址到底是啥。
cpu通过数据，地址，控制总线完成与内存的交互。地址总线一共有32根，每一根的值是1或0。内存最基本的单位是字节，8个二进制。
内存地址是对每一个字节的映射。换句话说，是32位二进制数相对一个8位二进制数的映射。（数组是什么，是一个整数对某一个数组元素的映射）
内存地址是地址总线上所有位构成的一个值。用这个值可以操纵内存中唯一的一个字节。

如何快速有效的对字节寻址呢？最早最通用的cpu（80x86）中应用了一种称为段的寻址技术（现在仍然使用），就是对所有的字节分段访问。

在采用分段技术之前，cpu是直接面向内存访问，cpu的针脚上的值就是地址的值。分段后，cpu面向的是段地址和段内偏移地址（针脚上的值不再是直接的内存地址了），之后由某一个部件根据cpu给出的段地址和段内偏移地址换算出真正的内存地址。

既然本来就可以访问到内存，由何必费那么大劲搞一个分段的寻址方式呢？ 跑一下题，描述一下分段技术应用的上下文。分段的出现在操作系统中，没有分段就没有操作系统。在此之前，还没有一个现代意义上的操作系统（之前都是批处理作业，不对内存划分空间）。再然后就能有汇编语言，有编译器，有高级程序语言，有更好看的窗口桌面，能有更好玩的游戏...

    分段提供了最基础的对内存的保护能力。如果不分段，没有任何方式不让一条指令访问某一个内存区域（程序员写的指令能读写任意一个内存地址内容，想想这样的后果）。那分段机制如何保护内存呢。
    在80x86中，段地址又叫段选择符，共16位，存放在CS、DS、ES、SS、FS、GS寄存器中，其中起作用的有14位。段偏移地址有32位。在操作系统层面，保存着一张大表（段描述符表，也叫GDT表，存在内存，在操作系统初始化时创建），这个表的的索引就是段地址，或者段选择符（终于知道为什么会叫选择了）。程序中的某条指令给出一个逻辑地址（就是段地址和段内偏移地址），通过段地址查GDT表，就能知道这个段是干啥的，这个段多大，这个段从哪开始，从哪结束，更重要的是它的访问权限，操作系统会比对正在运行程序指令的状态权限，来决定这条指令能不能访问该地址。通过段地址查GDT表，知道段的首地址，再加上段内偏移量，就可以得出物理内存地址了。

图片来自杨炯老师的《linux内核完全剖析》第五版
pdf下载地址：http://oldlinux.org/download/CLK-5.0-WithCover.pdf