Intel芯片手册节选

保护模式内存管理

vol-3 Chapter 3 Protected-Mode Memory Management

内存管理机制：段和页

开启保护模式会使能段机制，页机制是可选的。

<图片>Figure 3-1. Segmentation and Paging

完整内存管理机制开启后，地址转换：

Logical Address -段-> Linear Address -页-> Physical Address

详细转换流程

逻辑地址组成：段选择器 （线性地址）偏移

段选择器为全局描述表（GDT）的索引，就能找到段描述项，从中取出段基地址（线性地址空间），与偏移地址就能得到页描述项？

页描述组成：页目录索引 页表索引 （物理地址）偏移

页大小典型值为4K，当被访问的页（物理内存）不在当前内存中，则处理器会产生页错误（page-fault）异常

使用段机制

基本扁平模式（Basic Flat Model）

ROM分配在FFFF_FFF0H内存处，RAM在DS值为0时在内存底部

受保护扁平模式（Protected Flat Model）

访问不存在内存时，会触发通用保护（general-protection）异常

用户设置特权等级3的代码和数据段，管理员设置权限等级0的代码和数据段

多段模式（Multi-Segment Model）

逻辑与线性地址

图 Figure 3-5. Logical Address to Linear Address Translation

GDT或LDT

段选择器结构

图 Figure 3-6. Segment Selector

Index （位3-位15）可选择GDT或LDT中8K中的一项（每个段描述符大小为8字节）

TI （位2）表指示器，0使用GDT，1使用LDT

RPL （位0-1）特权选择器，0最高权限

6个段寄存器（CS DS SS ES FS GS），前三个必须加载有效的段选择器。每个寄存器都有可见的段选择器和不可见的基地址、限制和权限。

配置方式：

• MOV, POP, LDS, LES, LSS, LGS, and LFS指令显示加载相应寄存器，MOV通常用作存储段寄存器可见区域
• CALL, JMP, and RET， SYSENTER and SYSEXIT，IRET, INT n, INTO, INT3, and INT1指令隐形加载CS寄存器（有事有其他段寄存器）

段描述符

图 Figure 3-8. Segment Descriptor

Segment limit field 20位，指定段的大小。G==0，1Byte_{1MB，粒度1Byte；G==1，4KB}4GB，粒度4KB；

Base address fields 24位，定义4GB线性地址空间的起始位置，推荐地址16字节对齐；

Type field 4位，指示段或门类型，并指定可以对段进行的访问类型和增长方向，功能由其他域决定；

S (descriptor type) flag 1位，指定段类型，0系统段，1代码或数据段；

DPL (descriptor privilege level) field 2位，指定段特权等级。0特权等级最高；

P (segment-present) flag 指示段是否在内存中，1存在，0不存在；

D/B (default operation size/default stack pointer size and/or upper bound) flag 1位，不同段描述符不同功能

G (granularity) flag 1位，指明段限制域缩放比例。0字节单位，1 4KB单位。

L (64-bit code segment) flag 1位

Available and reserved bits 1位，可供系统软件使用

保护

图 Figure 5-1. Descriptor Fields Used for Protection

中断和异常处理

表 Table 6-1. Protected-Mode Exceptions and Interrupts