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linux - 分段寄存器使用

coder 2023-06-19 原文

我试图了解内存管理是如何在底层进行的，并有几个问题。

1) Kip R. Irvine 的一本关于汇编语言的书说，在实模式下，程序启动时，前三个段寄存器加载代码、数据和堆栈段的基地址。这对我来说有点模棱两可。这些值是手动指定的还是汇编器生成指令将值写入寄存器？如果它是自动发生的，它如何找出这些段的大小？

2) 我知道 Linux 使用平面线性模型，即以非常有限的方式使用分段。此外，根据 Daniel P. Bovet 和 Marco Cesati 的“了解 Linux 内核”，GDT 中有四个主要部分:用户数据、用户代码、内核数据和内核代码。所有四个段都具有相同的大小和基地址。我不明白为什么其中四个需要它们，如果它们仅在类型和访问权限上不同(它们都产生相同的线性地址，对吗？)。为什么不只使用其中一个并将其描述符写入所有段寄存器呢？

3) 不使用分段的操作系统如何将程序划分为逻辑段？例如，他们如何区分堆栈和没有段描述符的代码。我读到可以使用分页来处理此类事情，但不明白该怎么做。

最佳答案

  1. 你一定读过一些非常古老的书，因为没有人再为实模式编程了;-) 在实模式中，你可以获得物理地址物理地址 = 段寄存器 * 0x10 + 偏移量 的内存访问，偏移量是通用寄存器之一内的值。因为这些寄存器是 16 位宽，一个段将是 64kb 长，你无法改变它的大小，只是因为没有属性!通过 * 0x10 乘法，1mb 内存可用，但根据您放入段寄存器 和地址寄存器。我没有为实模式编译任何代码，但我认为这取决于操作系统在二进制加载期间设置段寄存器，就像加载程序一样在加载 ELF 二进制文件时分配一些页面。但是我确实编译了裸机内核代码，我必须自己设置这些寄存器。

  2. 由于架构限制，平面模型中必须包含四个部分。在保护模式中，段寄存器不再包含段基地址，而是一个段选择器，它基本上是GDT 中的一个偏移量。根据段选择器的值，CPU 将处于给定的特权级别，这就是 CPL(当前特权级别)。 段选择器指向一个段描述符，它有一个DPL(描述符特权级别)，如果段寄存器被填充，它最终就是CPL with 这个选择器(至少对于代码段选择器是正确的)。因此，您至少需要一对段选择器 来区分内核和用户空间。此外，段要么是代码段，要么是数据段，因此您最终会在 GDT 中得到四个段描述符。

  3. 我没有任何使用分段的严肃操作系统的示例，只是因为分段仍然存在是为了向后兼容。使用平面模型方法不过是摆脱它的一种手段。无论如何，你是对的，分页更加高效和通用，并且几乎适用于所有架构(至少是概念)。我无法在这里解释分页内部原理，但您需要了解的所有信息都在优秀的 Intel man 中:Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3A: System Programming Guide, Part 1

关于linux - 分段寄存器使用，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/10903816/

寄存linuxemsectionmemoryx86memory-segmentation

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