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(1)IA-32あるいはIntel64のアドレス変換テーブルはメモリ上にあります。
各コアのMMUにはTLB(Translation Lookaside Buffer)とよばれるキャッシュがあり、CPUの必要に応じてアドレス変換テーブルの一部をエントリ単位で一時保管していますが、アドレス変換テーブルを編集する際には各コアのTLBの一部あるいは全部をOSからパージ(無効化)しています。
(2)セグメントレジスタへの書き込みは特権命令ですので、特権モードで動作するOSカーネルでしかできません。
参考までにIntelの技術情報サイトを記載しておきます。インテル64およびIA-32アーキテクチャのリファレンスマニュアルに詳細な記載があります。
# http://www.intel.co.jp/content/www/jp/ja/develop …
ちなみにIA-32などはメモリ上のアドレス変換テーブルをMMUが直接扱いますが、一部のRISCアーキテクチャではCPUアーキテクチャとしてはTLBしか定義されてなく、メモリ上のアドレス変換テーブルの管理とTLBへのエントリの登録は全てOSの責任になっています。
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