第十四章 保护模式及其编程 保护虚拟地址模式（简称保护模式）.ppt

第十四章保护模式及其编程
保护虚拟地址模式(简称保护模式)
32位的寄存器可用、可寻址4GB的物理地址空间
逻辑-物理地址转换过程包含两级:先分段再分页。(注:分页过程是可选的)
为实现虚拟存储器提供了硬件支持
支持多任务,能够快速地进行任务切换和保护任务环境
包含4个特权级和完善的特权检查机制,对所有的内存和I/O访问操作都进行严格检查,能够屏蔽普通程序对系统、硬件和中断等资源的直接访问。
不同的特权级下有不同的指令系统
设置CR0的PE位为1可使系统进入保护模式

设置CR0的PG位可以开启(1)和关闭(1) 分页机制
保护模式中的逻辑地址(虚拟地址)由16位的选择子和32位的偏移量两部分组成。选择子放在段地址寄存器中,用来指定一个段描述符
选择子
偏移量
分段
机制
线性地址
物理地址
分页
机制
虚拟地址
15 0
31 0
分段机制实现了虚拟地址到线性地址的转换
程序员在编写程序时,会定义数据段、代码段等多个逻辑段,分段管理机制就是用于管理这些段,并将二维的虚拟地址转化成一维的线性地址。
段由段描述符来定义,其中存放了关于段的三个参数:(1)段基址(Base, 32位) (2)段界限(Limit, 20位) (3)段的属性(读/写/执行,特权级等)(12位)
段描述符存放在描述符表中,选择子就是用来指定某个特定描述符的关于描述符表的索引

段选择子与存储段描述符
索引值(13位)
TI(1)
RPL(2)
选择子的格式:(一般放在段寄存器中)
7
6
5
4
3
2
1
0
Base(31…24
Attribute
Base(23…0)
Limit(15…0)
7
6
5
4
3
2
1
0
7
6
5
4
3
2
1
0
G
D
0
AV
L
Limit(19…16)
P
DPL
DT
TYPE
描述符的格式:
A
描述符表
描述符可用于描述多种对象:存储段、任务状态段、调用门、任务门、中断门、陷阱门和LDT。
为了便于组织管理,80386把描述符组织成线性表。由描述符组成的线性表称为描述符表。
每个描述符表本身形成一个特殊的内存数据段。这样的特殊数据段最多包含8192个描述符。该段由操作系统维护、并由处理器中的存储管理单元硬件(MMU)访问。
在80386中有三种类型的描述符表:全局描述符表GDT、局部描述符表LDT 和中断描述符表IDT。在整个系统中,全局描述符表GDT和中断描述符表IDT只有一张,局部描述符表可以有若干张,每个任务有一张。
GDT和LDT
GDT含有每一个任务都可能访问的描述符,通常包含操作系统所使用的代码段、数据段和堆栈段的描述符,也包含多种特殊描述符,如LDT描述符。在任务切换时,并不切换GDT。通过GDT可以使各任务都需要的段能够被共享。
每个任务的局部描述符表LDT含有该任务自己的代码段、数据段和堆栈段的描述符,也包含该任务所使用的一些门描述符,如任务门和调用门描述符等。随着任务的切换,系统当前的局部描述符表LDT也随之切换。通过LDT可以使各个任务私有的各个段与其它任务相隔离,从而达到受保护的目的。
选择子的TI位为0表示它所访问的描述符在GDT中,为1表示描述符在LDT中。
GDT和LDT
GDTR、LDTR
GDT和IDT的基地址分别存放在GDTR和IDTR中,而各个LDT的基地址存放在GDT的LDT描述符中。LDTR是当前所使用的LDT描述符的选择子。
GDTR和IDTR长48位,高32位为基地址,低16位为界限。
LDTR类似于段寄存器,存储的是当前所使用的LDT表的LDT描述符的选择子。
任务状态段寄存器TR包含指示描述当前任务的任务状态段的描述符选择子,从而规定了当前任务的状态段。
虚拟-线性地址转换过程
基本过程:通过虚拟地址中的选择子在描述符表中找到相应的段描述符,取出其中的32位段基地址,该基地址加上虚拟地址中偏移量就形成了线性地址。当然,在相加之前要根据描述符中的Limit字段判断一下该偏移量是否越界。
选择子
偏移地址
段基址
段界限
段属性
+
虚拟地址
从GDT或LDT中得到的段描述符
线性地址
例:MOV EAX, DS : [EDX]
设描述符表的基地址存放在GDTR中,则转换结果为:
[(GDTR+DS×8)].Base + EDX
注:[A]表示取A所指向的内存单元的内容