i386 段式管理与页式管理

一、寻址

CPU有SS,DS,GS,FS,CS,SS等段寄存器，段寄存器在实模式下保存段地址，在保护模式下存储这个地址段描述结构的地址。

当一条访问内存的指令发出一个逻辑地址请求时，CPU使用如下步骤转成实际地址。

1、根据指令性质确定使用哪个段寄存器，如取数据指令就使用DS，跳转到某个地址使用CS等，这点与实模式相同

2、根据段寄存器内容找到“地址段描述结构”

3、从地址段描述结构中获得基地址

4、将指令中的地址作为位移，与段描述结构中的段长度相比来判断是否越界

5、指令的性质与描述结构的访问权限比较是否越权

6、将指令中的地址作为位移，与基地址相加获得实际的“物理地址”

首先，386中新加的GDTR（全局性段描述表寄存器）和LDTR（局部性段描述表寄存器）需要特权指令访问。

这两个寄存器存放的是“地址段描述结构”地址指针的数组

其次，把段寄存器分成高13位和低3位，高13位存放一个index，理解成数组下标，可以与GDTR或者LDTR相加得到描述结构的地址。

低3位的0-1bit存放权限级别（00最高级，11最低级），2bit表明使用GDTR（0）还是LDTR（1）

段描述结构是8字节的，根据上面的6条，主要存放了基地址、权限级别（dpi）、段长度等，具体参考第9页。

其中有一位是P标志，0说明改页不在内存中，会发生缺页异常，服务程序会从磁盘调取该页到内存，并把P置1.

如果把所有段寄存器都指向同一个描述结构，该描述结构的基地址为0，段长度设置最大，就可以覆盖0-32位的所有地址。

这样就绕过了“段地址+偏移地址”的结构，而是变成了地址一一对应，linux采用这种方式。

 

二、权限

i386寄存器运行级别分0-3级（0最高权限，3最低），所有指令也都有其相应的级别划分，一般用户程序运行在3层，CS寄存器指向的描述结构里的dpi位表示该程序的运行级别

 

三、页式管理

当不使用页式管理时，段式管理最终映射成的地址就是物理地址，当使用页式管理时，段式管理形成的地址倍称为“线性地址”。

再由线性地址通过页式管理转换成最终的物理地址。

段式管理中，连续的逻辑地址通过映射后还是连续的，但是页式管理中不一定。

线性地址结构： dir，10bit，页表目录的下标，类似图书的第几章 ，共1024章

page，10bit，页表的下标，类似图书本章开始的第几页，每章都有1024页，实际是一个结构体，还包含其他信息

offset， 12bit，页面的偏移

新增CR3寄存器指向页表目录，所以映射过程是：

1、从CR3取得页表目录地址

2、从dir中取得那个目录

3、从page中取得那个页表的基地址

4、把页的基地址加上offset就是实际的物理地址

由于页表项只需要用到高20位地址，所以页目录的低16位用来存放一些标志，例如p标志，dirty标志，是否可写

还有一个ps标志，如果是1，则线性地址的低22位全部用作位移，22位也就是4M，直接一页4M，这样就减少一个层次，速度加快。

CR4寄存器的最高位用来设置页式存储是否启用。