80386读书笔记之保护虚拟地址存储方式（

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// 作者：kevinjz2010@gmail.com

// 版权：kevinjz原创

// 平台：80386

// 发布日期：2011-07-24

// 最后修改：2011-08-14

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总概：

1、段机制以及分页机制实质上是驻留在存储器中的各种表格，叫做段表与页表，其中规定了各自的转换函数（规则）。

2、段表和页表都只能有操作系统来修改。

3、操作系统为每个任务都维护一个不同的转换表格集，可以使每个任务具有不同的虚拟空间地址（一种保护机制）。

4、虚拟地址转化过程：

16bit选择子：32bit偏移量通过段机制 = 32bit线性地址

开启分页功能：32bit线性地址通过分页机制 = 32bit物理地址

禁用分页机制：32bit线性地址 = 32bit物理地址

5、两种保护方式：

通过给每个任务分配不同的虚拟地址空间，使任务之间完全隔离；

任务内的保护（特权级别），保护操作系统存储器段及特别的处理器寄存器不能被应用程序访问；

6、每个任务各有一组独立的映射表，即具有不同的的地址转换函数。当CPU切换任务是，需要切换新任务的转换表。

7、全局地址空间

8、局部地址空间

9、操作系统可以为不同任务赋予局部地址空间中相同的虚拟地址，但由于每个任务具有不同的局部地址空间，使得不同任务对同意虚拟地址的访问会转换为不同的物理地址。

10、在一个内务内，定义有四种执行特权级别，0~3，0为最高级。

11、当前特权级：CPL；请求特权级：RPL；

一、存储管理机制详解之段机制

1、段：段机制把虚拟存储器组织成大小可变的容量单位的集合。

2、段的三个参数：

段基址：规定段的起始线性地址，32bit

段的界限：长度20bit，当粒度G=0时，界限以1字节为单位，范围为1字节~1M字节；粒度G=1时，界限以4K字节为单位，范围为4K~4G。

段的属性：

段的扩展方向（注意堆栈段的特殊性）、

存在位P，值为1时表示该描述符有效，可以用于地址转换，否则无效；

描述符类型位DT，值为1是表示该段为一个存储段，值为0是表示该段均为一个系统段或门；

以上三个参数存储在段的描述符中，在虚拟地址-线性地址的转换过程中要对段描述符进行访问。

3、段描述符存储在存储器的段描述符表中，其实段描述符的一个数组。

4、虚拟地址分为相等的两部分，一半由GDT进行映射，一半由LDT进行映射。一共包含2¹⁴个段，每个段最大可以为4G。

5、全局描述符表（GDT）：系统中只有一个GDT表，由GDTR进行寻址。GDT中包含有各种全局段的描述符，其中包括了存放LDT的段的描述符、TSS的描述符。

6、局部描述符表（LDT）：包含由各单个任务私有的描述符。LDT表有多个，具体视任务数量而定，并且所有存放LDT段的描述符都在GDT中。对于一个由两个任务共享的段，可以在各自的LDT中包含同一个描述符表表。当前任务的用的LDT所在段的选择子存放于LDTR中。

7、段选择子：虚拟地址两个部分中的段部分，段选择子标识一个段，可以将其视为段的名字。段选择长度为16bit，

bit15~bit3：索引index，确定描述符在指定描述符表中的位置，其值为描述符在描述符表中的偏移

bit2:TI，值为0表示段描述符在GDT中，值为1表示描述符表LDT中。

Bit1~bit0:RPL（请求特权级），表示主调程序想以什么特权级访问段。

8、当index=0而且TI=0，表示空选择子，是在GDT中的第0个表项，是一个假想的描述符。该描述符永远不会被处理。

9、使用RPL时，与所访问段的特权级相比较的不再是CPL，而是CPL与RPL中较外层的特权级。

10、CPL存放在CS寄存器中的RPL字段中，每当一个代码段选择子装入CS寄存器时，处理器自动吧CPL存储到CS的RPL字段。

11、存储段的描述符格式：

一共8个字节，假定最低字节地址为m，在最右边，最高字节地址为m+7，在最左边。

描述符属性字节：m+5、m+6。其中，

m+6的bit7为G，粒度；

m+6的bit6为D，兼容位，80386的软件此处总为1

m+6的bit5为AVL，软件可利用；

m+5的bit7为P位，存在位；

m+5的bit6~bit5为DPL位，描述符特权级，定义相关段的特权级；

m+5的bit4为DT位，在存储段中其值为1；

m+5的bit3~bit0为TYPE位，类型字段，定义段描述符的类型；如读写等

基址的23bit-0bit在m+2、m+3、m+4中，bit31~bit24在m+7中；

界限的bit15~bit0在m、m+1中，bit19~bit16在m+6的低四位中。

12、系统段：格式与存储段基本一致，但DT位值为0，D不用；

13、门：门的描述符包含48位的全指针以及16位的属性。

指针的选择子：16bit，位于m+2以及m+3中；

指针的偏移分两个部分存放，低16bit位于m、m+1中；

属性字段存放在m+4、m+5中：

14、描述符投影寄存器：每个段寄存器都有一组与之相联系的描述符投影寄存器，其中容纳有段寄存器中的选择子所确定的段的描述符信息。作用是不必每次读取段时都要去译码了，可以直接读取投影机村其中的内容。要保持投影寄存器中的内容实时更新。

15、总结

虚拟地址转换为线性地址，是通过给出的选择子，确定段描述符表中的的段描述符，从而确定段基址，然后加上给出的偏移即完成转换，其中段描述符中确定了段的属性。

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