对于分段机制，要从Intel的微处理器的8086开始说起，刚开始内存空间比较小，内存寻址采用的是直接访问物理地址的方式。由于技术的发展，计算机做的事情越来越多，程序也越来越大，为了更大的内存空间，把地址总线扩展到20位。但是，对于内存设计，一个很尴尬的问题产生了，之前的设计CPU的ALU宽度只有16位，也就是说，ALU不能访问20位的地址空间，那时就设计了段机制来处理这种情况。为了坚持这种兼容性，386依然运用段机制，直至现在的64位处理器已经看不到段机制的身影。

为了保持兼容，分段机制的被引入，我们来实际的理解分段机制解决了什么实质性的问题呢？在分段机制还没有出现的时候，程序运行是需要从内存分配出足够多的连续内存，然后整个程序装载进去。例如：

某个程序大小是100M，然后我们就需要有连续的100M内存空间才能把这个程序装载到内存里面。如果无法找到连续的100M内存空间，就无法把这个程序装载进内存空间，程序就无法得到运行。

假设我们的内存可以提供连续的区域来使得程序运行，那么我们来看一下还会存在有什么问题呢？

为了解决这一些问题，分段的概念应运而生。在计算机科学领域，任何的问题都可以通过增加一个间接的中间层来解决问题，那么为了实现分段的这个技术，就需要引入虚拟地址空间的概念。

我们来了解下，虚拟地址空间和物理地址空间的概念，简单的说来，对于可以寻址的一片空间，如果这个空间是虚拟的，我们就叫做虚拟的地址空间；如果这个空间是真实存在的，我们就叫做物理地址空间。虚拟地址空间是虚拟的，所有就决定了他可以是任意的大，而物理地址空间必须是真实存在的，是由实际的硬件决定的。

分段是一种隔离不同的代码、数据、栈模块的机制，能够保证不同进程或任务不会互相干扰。我们可以为一个进程分配属于它的段集合，CPU 的硬件机制会保证其代码不会越权访问段，也不会访问到段外的地址。

分段机制就是把虚拟地址空间中的虚拟内存组织成一些长度可变的的段的内存单元，80386虚拟地址空间中的逻辑地址由一个段部分和一个段内偏移部分构成，段是虚拟地址空间到线性地址转换的基础。每个段都有3个参数定义

当需要访问处理器地址空间的某个字节时，段选择符指定了该字节所在的段，偏移量制定了该字节在段中相对于段基址的位置，处理器把逻辑地址转化成一个线性地址的过程如下：

1.使用段选择符中的偏移值（在GDT（全局描述符表） 或 LDT（局部描述符表）中定位相应的段描述符

2.利用段描述符校验段的访问权限和范围，以确保该段是可以访问的并且偏移量位于段界限内

3.利用段描述符中取得的段基地址加上偏移量，形成一个线性地址

段选择符（或称段选择子）是段的一个十六位标志符，如下图所示。段选择符并不直接指向段，而是指向段描述符表中定义段的段描述符。

段选择符包括 3 个字段的内容：

下面是一些段选择符的示例：

段描述符表是段描述符的一个数组，如下图所示。描述符表的长度可变，最多可以包含8192个 8 byte 描述符。有两个描述符表： 全局描述符表GDT （Global descriptor table）; 局部描述符表 LDT （Local descriptor table），由段选择符的bit[2]会选择到对应的GDT表还是LDT表去拿到对应的段基址。

而对于段描述符，每个段描述符长度是 8 字节，含有三个主要字段：段基地址、段限长和段属性。段描述符通常由编译器。链接器、加载器或者操作系统来创建，绝不可能由应用程序来创建。

段描述符通用格式如下：

了解了这个过程，我们来总体的梳理下，如果使用分段机制，那么怎么使虚拟地址空间转到对应的物理地址空间呢？转换过程如下图所示

上一节讨论了80x86如何从硬件上提供分段机制的支持，而本节讨论下linux如何使用分段机制。最开始的时候，操作系统不支持分段，内存的换入换出都是以整个进程的内存空间为单位，导致系统非常的耗时，同时利用率也不高，当内存不足，很容易导致内存交换失败。后来有了分段技术，把内存空间分成多个模块：代码段、数据段，或者是一个大的数据块，段成了内存交换的单位，在一定程度上增加了内存利用率。那时候还没有分页技术，虚拟地址（线性地址）是直接映射到物理空间的。

引入分页机制后，目前linux很少使用分段，分段和分页在某些方面是冗余的，因为他们都可以把物理地址空间分割成不同部分：分段给每个进程分配不同的逻辑地址空间，而分页可以把相同的逻辑地址空间映射到不同的物理地址上。因此，Linux优先采用了分页（分页操作系统），基于以下原因：

所以自从x86-64起，除了在“传统模式”下，分段机制已被认为是过时的且不再被支持。虽然在x86-64的本机模式下仍然有分段机制的某些痕迹，但大多只是为了兼容，且它们不再具起到同样的作用，也不再提供真正的分段。

那么linux内核是怎么支持分段机制呢？我们来看上节的分段机制的原理图如下

比如，我们将虚拟地址空间分成4个段，用0-3来编号，每个段在段表中有一个项，在物理空间中，段的排列如下图所示

如果要访问段2中偏移量为600的虚拟地址，我们可以计算出物理地址为段基地址+偏量=2000+600=2600

Linux对段机制的应用效果是等价于几乎绕过了段基址。在Linux中仅有4个段，用户代码段、数据段和内核代码段、数据段。

这些段相应的选择器分别由以下宏定义：_USER_CS, __USER_DS, __KERNEL_CS, 和__KERNEL_DS。举例来说，如果要定位内核代码段，内核只需要加载__KERNEK_CS宏的值到cs寄存器中。 接下来我们看一下linux代码吧，进入保护模式的函数go_to_protected_mode:

根据setup_idt()的实现，可以明显看到这没做什么，纯粹置一下idt为空的描述符表。