《Orange's 一个操作系统的实现》学习笔记（二） 实模式和保护模式



保护模式下的内存寻址
8086一共有20位地址线，最大只有1MB的寻址能力，所以实模式下物理地址的计算公式是
物理地址 = 段值 * 16 + 偏移
段值被存放在段寄存器中，并且段的最大长度不超过2^16，也就是64kb。
从80386开始cpu进入32位时代，寻址空间达到4GB，保护模式下段寄存器保存不了段的所有信息且寄存器的个数有限，所以不能采用实模式的寻址方式，而是一种新的方式，
在保护模式下，段寄存器中存放的不是寻址段的基地址，而是一个指向段描述符表的索引，段描述符的作用是描述这个段的信息，包括段的基址，界限，以及额外的一些属性信息，
简单地说，保护模式下的寻址方式就是通过Selector（段选择子）找到存储在Descriptor Table（描述符表）中某个Descriptor（段描述符），该段描述符中存放有该段的物理首地址，所以就可以找到内存中真正的物理段首地址，Offset（偏移量）就是相对该段的偏移量，物理首地址＋偏移量就得到了物理地址。
 具体的来看段描述符的结构，如书上的图介绍的那样
以下是代码段和数据段描述符的通用结构

段描述符表不止一个。首先有一个全局段描述符表，简称GDT，每个程序都有自己的段描述符表，简称LDT。80386里面引入了两个新的寄存器，一个是48位的全局描述符表寄存器GDTR，指向全局描述符表GDT的首地址，一个是16位的局部描述符表寄存器LDTR，它的值随时变化，总是指向CPU当时正在执行的那个程序的局部描述符表LDT。LDT中存放的是GDT中的索引值，描述符中的ti所代表的含义就是表指示标志，当TI位为0时，从全局描述符表中找Ti位为1  表示从局部描述符表中找。

各属性位具体作用如下：
G：G=0时，段限长的20位为实际段限长，最大限长为2^20=1MB
    G=1时，则实际段限长为20位段限长乘以2^12=4KB，最大限长达到4GB
D/B：当描述符指向的是可执行代码段时，这一位叫做D位，D=1使用32位地址和32/8位操作数，D=0使用16位地址和16/8位操作数。如果指向的是向下扩展的数据段，这一位叫做B位，B=1时段的上界为4GB，B=0时段的上界为64KB。如果指向的是堆栈段，这一位叫做B位，B=1使用32位操作数，堆栈指针用ESP，B=0时使用16位操作数，堆栈指针用SP。
AVL：available and reserved bit 通常为0
P：存在位，P=1表示段在内存中
DPL：特权级，0为最高特权级，3为最低，表示访问该段时CPU所需处于的最低特权级
S：S=1表示该描述符指向的是代码段或数据段；S=0表示系统端（TSS、LDT）和门描述符
TYPE：类型，和S结合使用
S=1且TYPE<8时，为数据段描述符。数据段都是可读的，但不一定可写。
至于段选择子，段选择子的内容是相对于段描述符首的偏移量，因为cpu在运行时不知道内存中的段描述符表的位置，所以我们要用这种基址加偏移的方式找到内存中的段描述符，然后得到段的信息，并进一步计算出物理地址。