Организация памяти в защищенном режиме.

Процессор Intel в защищенном режиме #1

Рекомендуется читать запоем от начала и до конца, но вдумчиво…

Организация памяти в защищенном режиме.

Что вообще такое защищенный режим и почему он так называется? То, что я сейчас скажу – звучит очень просто, но в то же время – это ОЧЕНЬ ВАЖНО ПОНЯТЬ!

Дело в том, что реальный режим процессора Intel – однозадачная среда, в данный момент времени в ней может выполняться ТОЛЬКО ОДНА, конкретная задача. Безусловно, можно сэмулировать многозадачность и в реальном режиме, но все дело в том, что именно в защищенном режиме вся многозадачность реализована АППАРАТНО, это важный момент, и, по сути, является ЕДИНСВТЕННЫМ принципиальным отличием между режимами. Не правда ли, это шокирует? А ты думал, что PM это монстр с дескрипторами между голов и селекторами вместо рук? Ты правильно думал, но до них дело дойдет, не волнуйся…

Для начала рассмотрим общие положения об организации памяти в PM. В процессорах Intel организацию памяти разделяют на две части: сегментация (segmentation), и страничная организация (paging).

Сегментация позволяет изолировать модули кода, данных, стека и позволяет работать нескольким задачам и программам на одном процессоре (как говорится, multitasking) и не конфликтовать между собой – это и есть по большому счету, вся революция по сравнению с 8086.

Страничная организация памяти, вообще говоря, сложнее и громозще сегментации, поэтому во многой литературе ее просто опускают, но я бы особо хотел обратить твое и свое внимание именно на нее (хотя бы потому, что у такой организации больше возможностей, и именно на ней работает Мастдай).

В процессоре нет такого бита, который бы четко отвечал за переключение между этими двумя режимами. Элементы сегментной организации, в любом случае, присутствуют всегда. А вот уже использовать страничную организацию или нет – выбор за нами (за это отвечает флаг PG, бит 31 регистра CR0). Не пугайся, CR0 – это обычный регистр (такой же, как AX, BP и т.д.), подробнее поговорим о нем чуть позже.

Сегментация – это механизма разделения адресного пространства процессора (по-русски: память, которую «видит» процессор) на отдельные защищенные друг от друга кусочки (сегменты). У новичка сразу возникнет вопрос: а от чего защищать то:)? Очень важный момент, но пока не бери в голову, скоро он отпадет сам собой.

Непосредственно сегмент может содержать в себе код, данные, стек, системные структуры данных (TSS, LDT, но о них позже). Если запущено сразу несколько программ:), то каждой программе принадлежит своя, личная группа сегментов.

Итак, что мы имеем. Память, разделена на группы сегментов, у каждой группы есть свой владелец (программа). Программы вынуждены сидеть в оперативе, прижавшись друг к другу, как цыплята в инкубаторе, вследствии чего они потихоньку друг друга ненавидят и не подпускают чужие проги к сегментам из своей группы. При любой попытке пресечь границы вылазит некое подобие «руки правосудия» и нажимает на кнопку ALARM. Вследствие чего вдруг откуда ни возьмись возникает исключение #GP (General Protection) и все проги падают ниц перед ним, а виновника изгоняют вон:) Но что то я увлекся, все эти прекрасы ждут нас в будущем…

Нет, ну вообще, как ты относишься к изложению в таком духе?

Для того, чтобы обратиться к любому байту в любом сегменте в памяти мы должны сформировать ЛОГИЧЕСКИЙ АДРЕС (aka дальний указатель).

Что же оно из себя такое представляет, этот логический адрес? А представляет оно селектор и смещение, и больше ничего! Селектор – это УНИКАЛЬНЫЙ идентификатор сегмента. У КАЖДОГО СЕГМЕНТА ЕСТЬ СВОЙ СЕЛЕКТОР! Это нужно запомнить раз и навсегда!!! Скажу по секрету, что селектор содержится в сегментом регистре (да да, те самые DS, CS, ES …). Селектору будет посвящена отдельная глава, а пока запомни только то, что «… у каждого сегмента он свой». Зная селектор и зная смещение мы можем получить ЛИНЕЙНЫЙ АДРЕС – место, где РЕАЛЬНО расположен нужный нам байт. Как его получить – пока сказать не могу, потому как придется вплетать еще одно СУПЕРВАЖНОЕ(!) определение – ДЕСКРИПТОР (структура, описывающая сегмент, его паспорт, свидетельство о рождении, водительские права и вообще всю подобную бюрократию).

Существует также такое понятие, как физическое адресное пространство процессора. Не следует на нем особо заострять внимания, скажу только, что физический адрес – это адрес, который проц может выставить на адресную шину, и в случае СЕГМЕНТНОЙ организации памяти (но не СТРАНИЧНОЙ!) СОВПАДАЕТ с линейным адресом! Вот этот момент в литературе всячески перевирается и искажается, но запомни: в случае СЕГМЕНТНОЙ организации памяти ЛИНЕЙНЫЙ адрес ВСЕГДА СОВПАДАЕТ с ФИЗИЧЕСКИМ. Пока больше ничего.