我們都知道，動態共享庫裡面的函式的共享的，這也是動態庫的優勢所在，就是節省記憶體。C 編譯出來的可執行檔案幾乎都會用到libc的庫，假如沒有這個共享的技術，每個可執行檔案都要佔一份libc庫的記憶體，這將是極大的記憶體浪費。 可是一直沒搞明白，怎麼樣才能證明共享庫裡面函式的地址在實體記憶體層面是同一份。其實，這個問題的本質是程式裡面的邏輯地址和實體記憶體地址之間是怎樣對映的，說的再赤裸裸一點，就是我給你個邏輯地址，請你在實體記憶體中找到對應的地址，或者我給你個實體地址，請你把這個實體記憶體裡面存的東西告訴我。

    最近兩天，發現了一篇很牛的博文，這個博文徹底解決了邏輯地址 線性地址 實體地址的記憶體對映問題，作者的功力特別身後，他十分kind的提供了一篇29頁的

pdf文件，此文章一出，就徹底終結這個問題了。那我為什麼還要寫這篇博文呢。作者以2.6.18核心為例，提供了兩個核心模組和兩個應用層的程式，我在自己的Ubuntu 12.04上花了時間完整的驗證了文件裡面PAE（Physical Address Extension）模式的地址對映，發現程式碼裡面存在一些相容性的問題，導致編譯不過，主要是核心版本不同和gcc帶來的一些小問題。所以我花了4個多小時才把這個實驗完整的做下來。如果想通過做實驗來加深理解的筒子可以參考我修改後的程式。我無意抄襲，還是那句話，光榮屬於前輩。

    下面的圖來自Intel的手冊64-ia-32-architectures-software-developer-vol-3a-part-1-manual ，很好的解釋的邏輯地址到實體地址的對映。所謂邏輯地址，就是我們C 語言中取地址符後，看到的地址。

    採用原文的函式

1. #include <stdio.h>
   
2. int main()
   
3. {
   
4.     unsigned long tmp;
   
5.     tmp = 0x12345678;
   
6.     printf("tmp address:0x%08lX\n", &tmp);
   
7.     return 0;
   
8. }

1. tmp address:0xBF86D16C

輸出的地址為0xBF86D16C,這個就是官方手冊上說的邏輯地址。首先需要將邏輯地址轉化成線性地址。然後將線性地址轉化成實體地址。將邏輯地址轉化成線性地址，就是江湖傳說的分段機制，也就是上圖下面的segmentation。

    1 段式對映
    臨時變數tmp的邏輯地址0xBF86D16C就是偏移量，因為tmp位於棧中，IA-32提供了SS（Stack Segment）暫存器。

1. //arch/x86/kernel/process_32.c
   
2. //-------------------------------------------
   
3. void
   
4. start_thread(struct pt_regs *regs, unsigned long new_ip, unsigned long new_sp)
   
5. {
   
6.     set_user_gs(regs, 0); 
   
7.     regs->fs = 0;
   
8.     regs->ds = __USER_DS;
   
9.     regs->es = __USER_DS;
   
10.     regs->ss = __USER_DS;
    
11.     regs->cs = __USER_CS;
    
12.     regs->ip = new_ip;
    
13.     regs->sp = new_sp;
    
14.     /* 
    
15.      * Free the old FP and other extended state
    
16.      */
    
17.     free_thread_xstate(current);
    
18. }

實際上有6個段暫存器，但是DS,ES ，SS的值是一樣的，FS和GS都是0，這樣其實6個段暫存器本質是兩個：CS和DS。每個程序的6個暫存器是一樣的，不同的是EIP和ESP。從上面的程式碼中也可以看到。

1. arch/x86/include/asm/segment.h
   
2. ------------------------------------------
   
3. #define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS    14
   
4. #define GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS    15
   
5. #define GDT_ENTRY_KERNEL_BASE        (12)
   
6. #define GDT_ENTRY_KERNEL_CS        (GDT_ENTRY_KERNEL_BASE+0)
   
7. #define GDT_ENTRY_KERNEL_DS        (GDT_ENTRY_KERNEL_BASE+1)
   
8. #define __KERNEL_CS    (GDT_ENTRY_KERNEL_CS*8)
   
9. #define __KERNEL_DS    (GDT_ENTRY_KERNEL_DS*8)
   
10. #define __USER_DS    (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_DS*8+3)
    
11. #define __USER_CS    (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS*8+3)

__USER_CS(14*8 +3 = 115)的值展開二進位制的結果為:

1. 0000000001110 011

    __USER_DS(15*8 + 3 =123)的值展開二進位制的結果為:

1. 0000000001111 011

上面的兩組數字就是段選擇符，段選擇符有16位，其中含義如下圖：




 TI表示我要選擇的段描述符是存在GDT中還是LDT中。GDT和LDT可以簡單理解成兩個表，每個表裡面都存放這一組地址。

我們的CS和DS對應的TI位都是0，換句話說，我們要著的段描述符在GDT中。實際上，我們的Linux程式裡用的段描述符總是選擇GDT，幾乎沒有選擇LDT的。毛德操老爺子說，只有像wine這種程序才會用到LDT這樣的東西。

    RPL表示特權等級，0表示最高許可權，3表示無特權。之所以在

1. #define __USER_CS (GDT_ENTRY_DEFAULT_USER_CS*8+3)

有個+3，就是表示，我的段無特權，同時我的段描述符存在GDT這張表裡面。前面的13位表示是GDT表的index，或者說是第幾項。 

    接下來就是去GDT這張表，去找到我們要的段描述符。等等，我們一直很爽的叫著GDT，知道我們的DS段描述符是在index =15的位置，可是從來沒有人告訴我們GDT這張表放在哪裡。

    GDTR橫空出世了，GDT的地址就存放在GDTR這個暫存器裡面。問題是怎麼讀出啦GDTR暫存器的值？

    前面提到的博文作者寫了一個核心模組，來提取GDTR，CR0 CR3  等的值，主幹程式碼在下面：

1. static int my_get_info( char *buf, char **start, off_t off, int count )
   
2. {
   
3.     int len = 0;
   
4.     struct mm_struct *mm;
   
5.     mm = current->active_mm;
   
6.     cr0 = read_cr0();
   
7.     cr3 = read_cr3();
   
8.     cr4 = read_cr4();
   
9.     //asm(" sgdt gdtr");
   
10.     asm("sgdt %0":"=m"(gdtr));
    
11.     len += sprintf( buf+len, "cr4=%08X ", cr4 );
    
12.     len += sprintf( buf+len, "PSE=%X ", (cr4>>4)&1 );
    
13.     len += sprintf( buf+len, "PAE=%X ", (cr4>>5)&1 );
    
14.     len += sprintf( buf+len, "\n" );
    
15.     len += sprintf( buf+len, "cr3=%08X cr0=%08X\n",cr3,cr0);
    
16.     len += sprintf( buf+len, "pgd:0x%08X\n",(unsigned int)mm->pgd);
    
17.     len += sprintf( buf+len, "gdtr address:%lX, limit:%X\n", gdtr.address,gdtr.limit);
    
18. // len += sprintf( buf+len, "cpu_gdt_table address:0x%08lX\n", cpu_gdt_table);
    
19.     return len;
    
20. }

  asm那句程式碼在我的gcc下編譯不過，我修改了下。感興趣的同學可以考慮下為啥編譯不過。
    
    總之我們有辦法取GDTR暫存器的值，從而找到了GDT這張表，然後從這張表裡面著第16項（index=15），我們就能找到我們的DS段描述符。

1. [email protected]:~/code/c/self/mm_addr# ./mem_map 
   
2. %ebp:0xBF86D178
   
3. tmp address:0xBF86D16C
   
4. cr4=000006F0 PSE=1 PAE=1 
   
5. cr3=06E3C000 cr0=8005003B
   
6. pgd:0xC6E3C000
   
7. gdtr address:F7BB9000, limit:FF

  國外大牛提供了一個叫做dram的核心模組，還有一個fileview的tool，這個tool+模組相互配合，能夠讀到實體地址裡面對應的內容。這個核心模組是大殺器啊，我解決共享庫迷惑就全靠在這個核心模組上了。作者是低於2.6.32的核心，我們是高於2.6.32的核心，所以稍加修改，就能用在我的Ubuntu上了。

    可以算出GDT的地址為F7BB9000 - c0000000，然後用作者提供的工具fileview去看下記憶體內容

1. -----------------------------------------------------------
   
2. gdtr : f7bb9000 - c0000000 = 37bb9000
   
3.  0000037BB9000 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
   
4.  0000037BB9010 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
   
5.  0000037BB9020 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
   
6.  0000037BB9030 FF FF 00 B9 61 F3 DF B7 00 00 00 00 00 00 00 00 ....a...........
   
7.  0000037BB9040 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
   
8.  0000037BB9050 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
   
9.  0000037BB9060 FF FF 00 00 00 9B CF 00 FF FF 00 00 00 93 CF 00 ................
   
10.  0000037BB9070 FF FF 00 00 00 FB CF 00 FF FF 00 00 00 F3 CF 00 ................
    
11.  0000037BB9080 6B 20 C0 EA BB 8B 00 F7 00 00 00 00 00 00 00 00 k ..............
    
12.  0000037BB9090 FF FF 00 00 00 9A 40 00 FF FF 00 00 00 9A 00 00 ......@.........
    
13.  0000037BB90A0 FF FF 00 00 00 92 00 00 00 00 00 00 00 92 00 00 ................
    
14.  0000037BB90B0 00 00 00 00 00 92 00 00 FF FF 00 00 00 9A 40 00 ..............@.
    
15.  0000037BB90C0 FF FF 00 00 00 9A 00 00 FF FF 00 00 00 92 40 00 ..............@.
    
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