x86系统上的内存分页

x86系列处理器上的页式内存管理

硬件层直接支持内存分页机制

默认情况下不使用内存分页机制(段式内存管理)

分页机制启动后，使用二级页表对内存进行管理

x86系列处理器的分页方式

x86分页机制示意图

x86系列处理器的分页方式

一些重要结论(针对32位x86处理器)

页目录占用1内存页(可访问1024个子页表)

单个子页表占用1内存页(可访问1024个页面)

页面起始地址按4K字节对齐(总是4096整数倍)

分页后可访问的虚拟内存空间为：4K * (1024 * 1024) = 4G

最简单的分页构建方式

x86系列处理器的页属性

由于物理页面的地址必须按照4K字节对齐，所以它低12位都为0

因此，页目录(页表)可使用地址的低12位进行属性描述

x86系列处理器上的页属性

x86对分页的硬件支持

将cr3指向页目录地址(可切换不同的页目录)

将cr0最高位置1(硬件级开启分页机制)

汇编贴士

%include "inc.asm"PageDirBase    equ    0x200000
PageTblBase    equ    0x201000org 0x9000jmp ENTRY_SEGMENT[section .gdt]
; GDT definition
;                                 段基址，         段界限，       段属性
GDT_ENTRY       : Descriptor        0,              0,            0
CODE32_DESC     : Descriptor        0,         Code32SegLen - 1,  DA_32 + DA_C
VIDEO_DESC      : Descriptor     0xb8000,           0x7fff,       DA_32 + DA_DRWA
DATA32_DESC     : Descriptor        0,         Data32SegLen - 1,  DA_32 + DA_DRW
STACK32_DESC    : Descriptor        0,          TopOfStack32,     DA_32 + DA_DRW
PAGE_DIR_DESC   : Descriptor    PageDirBase,       4095,          DA_32 + DA_DRW
PAGE_TBL_DESC   : Descriptor    PageTblBase,       1023,          DA_32 + DA_DRW + DA_LIMIT_4K
; GDT end  GdtLen     equ      $ - GDT_ENTRY
GdtPtr:    dw   GdtLen - 1dd    0; GDT Selector
Code32Selector    equ    (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
VideoSelector     equ    (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Data32Selector    equ    (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Stack32Selector   equ    (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
PageDirSelector   equ    (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
PageTblSelector   equ    (0x0006 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
; end of [section .gdt]TopOfStack16 equ    0x7c00[section .dat]
[bits 32]
DATA32_SEGMENT:DTOS             db    "D.T.OS!", 0DTOS_Offset         equ   DTOS - $$ HELLOWORLD          db    "Hello, World!", 0HELLOWORLD_Offset   equ   HELLOWORLD - $$Data32SegLen equ   $ - DATA32_SEGMENT[section .s16]
[bits 16]
ENTRY_SEGMENT:mov ax, csmov ds, axmov es, axmov ss, axmov sp, TopOfStack16; initialize GDT for 32 bits code segmentmov esi, CODE32_SEGMENTmov edi, CODE32_DESCcall InitDescItemmov esi, DATA32_SEGMENTmov edi, DATA32_DESCcall InitDescItemmov esi, STACK32_SEGMENTmov edi, STACK32_DESCcall InitDescItem; initalize GDT pointer structmov eax, 0mov ax, dsshl eax, 4add eax, GDT_ENTRYmov dword [GdtPtr + 2], eax; 1. load GDTlgdt [GdtPtr]; 2. close interruptcli ; 3. open A20in al, 0x92or al, 00000010bout 0x92, al; 4. enter protect modemov eax, cr0or eax, 0x01mov cr0, eax; 5. jump to 32 bits codejmp dword Code32Selector : 0; esi    --> code segment labelBACK_ENTRY_SEGMENT
; edi    --> descriptor label
InitDescItem:push eaxmov eax, 0mov ax, csshl eax, 4add eax, esimov word [edi + 2], axshr eax, 16mov byte [edi + 4], almov byte [edi + 7], ahpop eaxret[section .s32]
[bits 32]
CODE32_SEGMENT:mov ax, VideoSelectormov gs, axmov ax, Stack32Selectormov ss, axmov eax, TopOfStack32mov esp, eaxmov ax, Data32Selectormov ds, axmov ebp, DTOS_Offsetmov bx, 0x0cmov dh, 13mov dl, 33call PrintStringmov ebp, HELLOWORLD_Offsetmov bx, 0x0cmov dh, 14mov dl, 30call PrintStringcall SetupPagejmp $;
;
SetupPage:push espush eaxpush ecxpush edi   mov ax, PageDirSelectormov es, axmov edi, 0mov ecx, 1024   ;  1K sub page tablesmov eax, PageTblBase | PG_P | PG_USU | PG_RWWcldstdir:stosdadd eax, 4096loop stdirmov ax, PageTblSelectormov es, axmov edi, 0mov ecx, 1024 * 1024     ; 1M pagesmov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWWcldsttbl:stosdadd eax, 4096loop sttbl    mov eax, PageDirBasemov cr3, eaxmov eax, cr0or  eax, 0x80000000mov cr0, eaxpop edipop ecxpop eaxpop esret   ; ds:ebp    --> string address
; bx        --> attribute
; dx        --> dh : row, dl : col
PrintString:push ebppush cxpush eaxpush dxpush ediprint:mov cl, [ds:ebp]cmp cl, 0je endmov eax, 80mul dhadd al, dlshl eax, 1mov edi, eaxmov ah, blmov al, clmov [gs:edi], axinc ebpinc dljmp printend:pop edipop dxpop eaxpop cxpop ebpretCode32SegLen  equ    $ - CODE32_SEGMENT[section .gs]
[bits 32]
STACK32_SEGMENT:times 1024 * 4 db 0Stack32SegLen    equ    $ - STACK32_SEGMENT
TopOfStack32    equ    Stack32SegLen - 1

因为我们要实现x86处理器上的分页，所以我需要先定义页目录和子页表，我们定义页目录的起始地址位0x200000，大小为 4 * 1024 = 4K字节，子页表的起始地址为0x201000，大小为 4 * 1024 *1024 = (4K * 1024)字节，随后我们给页目录和子页表定义了相应的段描述符和选择子，19行中的DA_LIMIT_4K告诉我们段界限这里使用的单位不是字节，而是页，所以把子页表的段界限设为1023。

149行-192行我们定义了一个设置页表的函数，首先设置页目录的相关信息，然后设置子页表的相关信息，最后再开启分页设置。