一、概述處理器（cpu）
1.1 處理器位數
在intel處理器的
x86系列中，包含8086和8088的16位處理器，以及從80386（即i386）開始的32位處理器，而如今又有
x86-64
架構的64位處理器。
那這些16位，32位和64位又有什麼意義了？位數越高，處理器的定址能力越強，則可以支援越大的物理記憶體。具體如下表（可見對於64位處理器的定址範圍已經是非常之大）：
處理器位數
可支援的物理記憶體大小
定址範圍
162^16 = 64k
0x0000 ~ 0xffff
322^32 = 4g
0x00000000 ~ 0xffffffff
642^64
在平時安裝作業系統時候，經常會問是要裝32位系統還是64位系統？對於32位處理器，只能安裝32位的系統，不能安裝64位系統。對於64位處理，既能夠安裝32位的系統，也可以安裝64位的系統。在linux下可以通過下面的方面查詢系統裝的是幾位的：
(1) 檢視根目錄下是否有有lib64目錄。32位系統只有/lib乙個目錄，64位的系統會有/lib64和/lib兩個目錄。
(2) 執行getconf long_bit命令檢視返回結果。32位的系統中long型別是4位元組（32位），64位的系統中long型別已變成了8位元組（64位）。
(3) 執行uname -i命令。32位的系統返回i386，64位的系統放回x86_64。
(4) 執行file /bin/ls命令。
32位系統返回如下結果：
/bin/ls: elf 32-bit lsb executable, intel 80386, version 1 (sysv), for gnu/linux 2.2.5,dynamically linked (uses shared libs), stripped
64位系統返回如下結果：
/bin/ls: elf 64-bit lsb executable, amd x86-64, version 1 (sysv), for gnu/linux 2.6.9,dynamically linked (uses shared libs), for gnu/linux 2.6.9, stripped
1.2 處理器的暫存器
暫存器是處理器的組成部分，是有限存貯容量的高速存貯部件，它們可用來暫存指令、資料和位址。暫存器的訪問速度在所有儲存階層（見下圖）是最快的。
那麼，mmu是怎麼將邏輯位址轉換成實體地址？
mmu是一種硬體電路，它包含兩個部件，乙個是分段部件，乙個是分頁部件，通過分段機制（把乙個邏輯位址轉換為線性位址，線性位址也是32位，其位址取值範圍為0x00000000~0xffffffff）和分頁機制（把乙個線性位址轉換為實體地址），最終將邏輯位址對映為實體地址。如下圖：
在linux中，主要設定了：核心**段，核心資料段，使用者**段，使用者資料段。而且每個段的基位址對應線性位址都是為0，而且都可以使用4g的位址空間，相當與繞過了邏輯位址和線性位址的對映，從而完全利用了分頁機制。另外，分段中怎樣使用段暫存器可以參考：
2.3 分頁機制
通過使用分頁機制可以很好的提高記憶體利用率。分頁機制把乙個線性位址轉換為實體地址。linux下乙個頁大小為4k，把線性位址（32位）和實體地址（32位，2^32=4g物理記憶體）都按照4k（2^12）頁大小來進行劃分，那麼，一共有4g/4k=1m的頁面，如果只是簡單的進行線性位址和實體地址一對一記錄對映的話，這樣在對映表建立的就會占用比較大的物理記憶體。這個時候就引入了頁表和頁目錄表，位址轉換過程見下圖：
(1) 通過對32位線性位址劃分：第31~22這10位（2^10=1024）定位頁目錄項，第21~12這10位定位頁表項，第11~0這12位（2^12=4k）為頁內偏移值。
(2) 對於頁目錄表，有1024個頁目錄項，每個頁目錄項（又含有1024個頁表項）指向下一級頁表的實體地址（32位=4個位元組），那麼一共需要1024*4（=4k）位元組，即只要分配一頁就可以完全存放。
(3) 對於頁表，原理和頁目錄表一樣，那麼一共需要1024（1024個頁目錄項）*1024（每個頁目錄項含有1024個頁表項）*4（=1m）位元組。
(4) 對於頁目錄的實體地址，就存放在cr3暫存器中。
所以，這樣可以定址1024*1024*4k=4g的物理記憶體。另外，在linux的x86架構引入了3級頁表機制（包括了頁全域性目錄、頁中間目錄和頁表）。
【參考】
1、深入分析linux核心原始碼
2、oreilly.understanding.the.linux.kernel.3rd.edition
3、ppt:
4、
核心頁表和程序頁表
初學核心時，經常被 核心頁表 和 程序頁表 搞暈，不知道這到底是個啥東東，跟我們平時理解的頁表有和關係 核心頁表 程序頁表 每個程序自己的頁表，放在程序自身的頁目錄task struct.pgd中。在保護模式下，從硬體角度看，其執行的基本物件為 程序 或執行緒 而定址則依賴於 程序頁表 在程序排程而...
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普通使用者程序的頁表也是存在核心空間的。這很容易理解，畢竟頁表沒有vma來對應。在應用程序建立的時候，task struct m struct描述記憶體資訊，mm gpd指定頁表基位址。頁表的分配是通過呼叫核心夥伴演算法介面分配到物理記憶體，核心在啟動階段已經建立了核心頁表，使用者程序的頁表可以分為...
分頁和頁表
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