段地址轻松体验(实模式和保护模式)

段机制轻松体验(实模式和保护模式)

[内存寻址]

实模式下的内存寻址：

让我们首先来回顾实模式下的寻址方式

段首地址×16＋偏移量＝物理地址

为什么要×16？因为在8086CPU中，地址线是20位，但寄存器是16位的，最高寻址64KB，它无法寻址到1M内存。于是，Intel设计了这种寻址方式，先缩小4位成16位放入到段寄存器，用到时候，再将其扩大到20位，这也造成了段的首地址必须是16的倍数的限制。

保护模式下分段机制的内存寻址：

保护模式下分段机制是利用一个称作段选择符的偏移量，从而到描述符表找到需要的段描述符，而这个段描述符中就存放着真正的段的物理首地址，再加上偏移量

一段话，出现了三个新名词：

1、段选择子

2、描述符表

3、段描述符

我们现在可以这样来理解这段话：有一个结构体类型，它有三个成员变量：段物理首地址段界限段属性

内存中，维护一个该结构体类型的是一个数组。而分段机制就是利用一个索引，找到该数组对应的结构体，从而得到段的物理首地址，然后加上偏移量，得到真正的物理地址。

公式：xxxx:yyyyyyyy

其中，xxxx也就是索引，yyyyyyyy是偏移量（因为32位寄存器，所以8个16进制）xxxx 存放在段寄存器中。

现在，我们来到过来分析一下那三个新名词。段描述符，一个结构体，它有三个成员变量：1、段物理首地址2、段界限3、段属性

我们再来重温一遍描述符表，也就是一个数组，什么样的数组呢？是一个段描述符组成的数组。

接下来看看段选择子：段选择子，也就是数组的索引，但这时候的索引不再是高级语言中数组的下标，而是我们将要找的那个段描述符相对于数组首地址（也就是全局描述表的首地址）偏移位置。

就这么简单，如图：

图中，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Segment

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 本图就是DATA 。

但这时，心细的朋友就发现了一个GDTR 这个家伙还没有提到!

我们来看一下什么是GDTR ？ Global Descriptor Table Register （全局描述符表寄存器）但是这个寄存器有什么用呢？大家想一下，段描述符表现在是存放在内存中，那CPU 是如何知道它在哪里呢？所以，Intel 公司设计了一个全局描述符表寄存器，专门用来存放段描

述符表的首地址，以便找到内存中段描述符表。这时，段描述符表地址被存到GDTR寄存器中了。

好了，分析就到这，我们来看一下正式的定义：当x86 CPU 工作在保护模式时，可以使用全部32根地址线访问4GB的内存，因为80386的所有通用寄存器都是32位的，所以用任何一个通用寄存器来间接寻址，不用分段就可以访问4G空间中任意的内存地址。也就是说我们直接可以用Eip寄存器就可以找到茫茫内存里面所有的值！但这并不意味着，此时段寄存器就不再有用了[其实还有部分原因是要与8086兼容。实际上，段寄存器更加有用了，虽然在寻址上没有分段的限制了，但在保护模式下，一个地址空间是否可以被写入，可以被多少优先级的代码写入，是不是允许执行等等涉及保护的问题就出来了。[想想吧，单单就是靠eip找到所有内存的值显然不够的，醒醒吧，我们到了80386时代了，我们需要保护模式，要指示出来那些内存段是操作系统核心用的，那些是你打游戏时用的，打游戏时的CPU不能访问到操作系统核心所用的内存段。我们需要分出"级别"来] 。要解决这些问题，必须对一个地址空间定义一些安全上的属性。段寄存器这时就派上了用场。但是设计属性和保护模式下段的参数，要表示的信息太多了，要用64位长的数据才能表示。我们把这64位的属性数据叫做段描述符，上面说过，它包含3个变量：

段物理首地址、段界限、段属性，80386的段寄存器是16位（注意：通用寄存器在保护模式下都是32位，但段寄存器没有被改变，比如CS还是16位的，16位的段寄存器怎么可能装下一个64位的段描述符）的，无法放下保护模式下64位的段描述符。如何解决这个问题呢？方法是把所有段的段描述符顺序存放在内存中的指定位置，组成一个段描述符表（Descriptor Table）；而段寄存器中的16位用来做索引信息，这时，段寄存器中的信息不再是段地址了，而是段选择子（Selector）。可以通过它在段描述符表中“选择”一个项目已得到段的全部信息。也就是说我们在另一个地方把段描述符放好，然后通过选择子来找到这个段描述符。

那么段描述符表存放在哪里呢？80386引入了两个新的寄存器来管理段描述符，就是GDTR 和LDTR，（LDTR大家先忘记它，随着学习的深入，我们会在以后学习）。

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这样，用以下几步来总体体验下保护模式下寻址的机制

1、段寄存器中存放段选择子Selector

2、GDTR中存放着段描述符表的首地址

3、通过选择子,根据GDTR中的首地址，就能找到对应的段描述符

4、段描述符中有段的物理首地址，就得到段在内存中的首地址

5、加上偏移量，就找到在这个段中存放的数据的真正物理地址。

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好的，那我们开始编码，看看如何实现先前描述的内容

首先，既然我们需要一个数组，全局描述符表，那我们就定义一块连续的结构体：[SECTION .gdt] ;为了代码可读性，我们将这个数组放到一个节中；由一块连续的地址组成的，不就是一个数组吗？看下面代码，^_^

段基地址段界限段属性

GDT_BEGIN: Descriptor 0, 0, 0

GDT_CODE32: Descriptor 0, 0, DA_C

;上面，我定义了二个连续地址的结构体，大家先认为Descriptor就是一个结构体类型，我们会在以后详细讲述

；第一个结构体，全部是0，是为了遵循Intel规范，先记得就OK

；第二个定义了一个代码段，段基地址和段界限我们暂且还不知道，先初始化为0，但是因为是个代码段，代码段具备执行的属性，那么DA_C就代表是一个可执行代码段，DA_C 是一个预先定义好的常量，我们会在详细讲解段描述符中讲解。

我们继续来实现，那么下面，我们就需要设计段选择子了，因为上面代码已经包含了段描述符和全局描述符表

还记得选择子是个什么东西吗？

段选择子:也就是数组的索引，但这时候的索引不在是高级语言中数组的下标，而是我们将要找的那个段描述符相对于数组首地址（也就是全局描述表的首地址）偏移位置。

看我代码怎么实现，包含以上代码不再说明:

[SECTION .gdt]

GDT_BEGIN: Descriptor 0, 0, 0

GDT_CODE32: Descriptor 0, 0, DA_C

;下面是定义代码段选择子，它就是相对数组首地址的偏移量

SelectorCode32equ GDT_CODE32 - GDT_BEGIN

;因为第一个段描述符，不被使用，所以就不比设置段选择子了。

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