80386保护模式编程模型

一、概述

所谓的保护模式就是在此模式下，CPU利用对虚拟地址的支持为系统资源（内存，I/O等）提供不同的权限级别，操作系统和用户程序的权限不同，所能访问的资源也不同，同时虚拟地址也进程资源共享，进程管理提供了有力支持。

二、保护模式下的段机制

2.1、段寻址

保护模式下的段机制和实模式下是大相径庭的，在保护模式下，虚拟地址也以段来管理，举例如下：

mov eax fs:[12345678h]的含义是寻址fs对应的段的偏移量为12345678h的双字，其实这里的fs寄存器里的值并不是实模式下的段基址的意义，而是一个段描述符表中的索引值和其他信息，称作段选择子，段选择子结构见下图：

* INDEX,寻址段描述符在段描述表中的索引

* TI=0,表示段描述符在全局描述符表中，1表示在局部描述附表中

* RPL,表示此段的权限，当此段为代码段时，RPL就是CPL,值越小权限越大（操作系统内核0级，操作系统其他部分1级，中间层2级，用户程序3级）

* 描述符的查找有高速缓冲支持。

2.2、段描述

段描述表分为全局描述附表GDT（描述操作系统等全局共享的段）和局部描述符表LDT（任务私有的段），描述符表中的每一项都占用8个字节，描述符表中占用的段分为3中，系统段，存储段及门。

◆ 系统段和存储段有着相同的描述结构，见下图：

* 如上图所示，段基址和段界限以及粒度（G）设定了段的起始地址，大小，当G=1时表示粒度为4KB,段的大小可以是4GB,段基址用32位表示是没有粒度要求的。

* DT=1时表示此段是存储段，是程序可以直接访问的段，DT=0是表示此段是操作系统维护的段。

* DPL表示段的访问权限

* P=1时表示此段无效

* AVL,Intel未规定，软件可利用

* D在存储段的情况下，又分为如下3中情况（此位在系统段中不使用）:

   ** 当此段是可执行段时，D=1标志指令默认工作在32位模式，否则工作在16位模式。

   ** 当此段是向下扩展段时，D=1表示段的上部边界为4GB,否则为64K。

   ** 当此段是SS指向的段时（堆栈段），D=1表示PUSH，POP工作在32位模式，否则工作在16位模式。

*TYPE

  **存储段的访问属性，见下图。

**系统段和门的属性见下图：

◆ 门段的结构图如下所示：

2.3、段访问

◆ 控制寄存器如下图所示：

* CRO

PG=0,PE=0时，实模式

PG=0,PE=1时，保护模式，无分页机制（虚拟地址直接对应物理地址）

PG=1,PE=0时，非法

PG=1,PE=1时，保护模式，启用分页机制

* CR1 保留

* CR2 页故障线性地址

* CR3 的高20位是也目录表起始地址，低20位为0。

GDTR保存全局描述符表的起始地址和界限，粒度为字节。

IDTR保存中断描述符秒的起始地址和界限，粒度为字节

LDTR保存局部描述符表在GDT中的段选择子，有高速缓冲支持。

TR保存任务状态段在GDT中的段选择子，有高速缓冲支持。

三、保护模式下的页机制

参见本博客的80x86的内存组织