内核学习之段寄存器

关于段寄存器的介绍大部分只是介绍其分类和在寻址中的应用，很少提到段寄存器如何去寻址的。这几天一直在纠结着方面的内容，今天算是大体明白了吧！

还是首先提一下段寄存器的作用和分类。在8086模式下，对内存的访问由段基址和段内偏移共同组成的。段寄存器存放的即各个分段的段基址。并指示了4个正在使用的逻辑段，包括代码段寄存器CS、堆栈段寄存器SS、数据段寄存器DS和附加段数据寄存器ES。代码段寄存器CS存放正在执行的代码的段基址，堆栈寄存器SS存放的是当前堆栈的段基址，数据段寄存器DS存放的是当前数据段的段基址，ES为附加数据段的段基址。

深入了解段寄存器，我们首先介绍另一个概念GDT（全局描述符表），在计算机刚刚启动的时候首先运行在real mode（实模式）下，在实模式下计算机用20位寻址（包括bios和内存寻址）。20位可以寻址1M的空间，这20位的地址由16位的段基址和16位的段内偏移构成。物理地址=左移4位的段地址+偏移地址。也即是段内偏移寻址空间为00000H~ffff0H.

为了提高cpu的寻址空间，在保护模式下32位的CPU可以寻址32空间，即最大为4G空间。在保护模式下内存管理方式有两种，段模式和页模式，在此只考虑分段模式。在32位的系统中，段基址和段内偏移都用32位，因此，每个段的大小最大可为4G。也可易知想要描述一个段必须使用64位去描述。但是intel为了向后兼容段寄存器的大小仍是16bit，所以在此使用一个数组存放64位的段描述符，而将寄存器中的值作为下标索引间接引用。这个描述符表就是GDT。

保护模式下的段寄存器结构如下

 

段选择器的16位具体作用是，index用于索引GDT表，T1用于区分GDT和LDT表，RPL用于区分优先级。

在GDT的索引中，每个GDT在内存中都有一个特定的地址，在创建GDT之后，会将GDT的地址赋给一个叫GDTR的寄存器，该寄存器中存放的值就是GDT的入口。以后再调用GDT的时候就可以直接引用该寄存器。上文中段寄存器的index就是在GDT的索引的段基址的偏移量。由此可见GDT中段基址的个数最多为2的13次方个。另外，GDTR+index就是索引的段在GDT中的位置。在获取了段基址之后加上逻辑地址的offset，就可以得到物理地址，每个系统只有一个唯一的GDT表。与之对应的为LDT，LDT为局部变量表。每个引用程序都有一个LDT，GDT可以看成LDT的一级索引。

在GDT和LDT中存放的是段描述符，段描述符为64位，这其中记录了段基地址和段限长等方面的内容。

除了内存的段管理机制，还有分页管理机制。具体内容还有待进一步学习。