利用bochs将逻辑地址转化为物理地址理解操作系统的分段分页机制

在步入正题前，我们先来了解几个概念：逻辑地址、线性地址、虚拟地址、物理地址。
逻辑地址(logical address)：Intel为了兼容，将远古时代的段式内存管理方式保留了下来。逻辑地址指的是机器语言指令中，用来指定一个操作数或者是一条指令的地址。
线性地址/虚拟地址(linear address/virtual address)：跟逻辑地址类似，它也是一个不真实的地址，如果逻辑地址是对应的硬件平台段式管理转换前地址的话，那么线性地址则对应了硬件页式内存的转换前地址。
物理地址(physical address)：用于内存芯片级的单元寻址，与处理器和CPU连接的地址总线相对应。——这个概念应该是这几个概念中最好理解的一个，但是值得一提的是，虽然可以直接把物理地址理解成插在机器上那根内存本身，把内存看成一个从0字节一直到最大空量逐字节的编号的大数组，然后把这个数组叫做物理地址，但是事实上，这只是一个硬件提供给软件的抽像，内存的寻址方式并不是这样。所以，说它是“与地址总线相对应”，是更贴切一些，不过抛开对物理内存寻址方式的考虑，直接把物理地址与物理的内存一一对应，也是可以接受的。也许错误的理解更利于形而上的抽像。
相关概念可以参考：[逻辑地址、线性地址、物理地址和虚拟地址](http://www.cnblogs.com/diyingyun/archive/2012/01/03/2311327.html)
下面我们利用bochs说说操作系统的段页式转换：（本文程序在windows下进行）
关于Bochs的配置这里就不赘述，网上有很多教程！
首先在Bochs-2.1.1/linux-0.11-devel-040329下运行run.bat得到

内存调试窗口：
利用bochs将逻辑地址转化为物理地址理解操作系统的分段分页机制
程序运行窗口：

（1）在内存调试窗口中输入c后

在程序运行窗口中写main.c文件,gcc –o main main.c编译执行main
程序代码如下：

#include <stdio.h>

int main()
{
    static int a = 1;
    int b = 6;
    int c = 10;
    printf("&a:0x%x\n",&a);
    while(a);
    printf("Program exit!\n");

    return 0;
}

执行结果为：
利用bochs将逻辑地址转化为物理地址理解操作系统的分段分页机制
此时，程序阻塞到while(a);处。
我们的目标是将a的值修改为0，从而可以使程序运行通过。
（2）将内存调试窗口 ctrl+c跳出：

（3）info cpu(dump_cpu)查看cpu寄存器内容
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变量a的值存在数据段，因此通过cpu的数据段寄存器ds的当前值作为段式映射的“选择码”，也就是用它作为段描述表中下标。
ds:s=0x17 转化为二进制：0000 0000 0001 0111
我们可以看出index = 2，TI = 1（LDT 局部描述符表），RPL = 3
ldtr:0x68 转化为二进制：0000 0000 0110 1000
同上 index = 13,TI = 0(GDT 全局描述符表),RPL = 0
gdtr:base=0x5cb8(段基址)
（4）xp /2wx 0x5cb8+13*8通过段基址+下标找出LDT（局部描述符表）的地址
利用bochs将逻辑地址转化为物理地址理解操作系统的分段分页机制
段描述符表的结构图如下：

根据段描述符表的结构分析可知LDT的入口地址是：0x00fad2d0
（5）xp /2wx 0x00fad2d0+2*8 通过段基址+偏移量得到线性地址

根据段描述符表的结构得到线性地址的基地址0x10000000，而a的地址0x3004，因此可得到a的线性地址为：0x10003004
calc ds:0x3004查看a的实际线性地址：
利用bochs将逻辑地址转化为物理地址理解操作系统的分段分页机制
由此可确认a的线性地址确实为：0x10003004
至此，分段结束。
（6）分页开始，分页机制如下图所示：

将线性地址0x10003004，二进制为0001 0000 0000 0000 0011 0000 0000 0100
按10、10、12位划分， 0001000000 0000000011 000000000100可得
Director = 64 Table = 3 Offset = 4
首先查看cr0：0x80000001b最高位为1，说明支持分页机制；
再查看cr3: 0x0
xp /wx 0x0+64*4根据cr3和Director得到页目录索引：
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页目录索引的有效位为高20位，即0x00faa000，与Table可得到页表索引：

页表索引的有效位也是高20位，即0x00fa9000，与Offset可得到实际的物理地址：

即a的物理地址为0x00fa9004