В интеловской архитектуре для защищенного режима контроль за памятью осуществляется с помощью специальных дескрипторных таблиц . Дескриптор может хранить информацию о каком-то обьекте - задаче , программе и т.д. Перед тем как вы каждый раз делаете запись в сегментный регистр , процессор должен проверить корректность такой записи .

Intel определяет 3 типа таблиц : таблица прерываний - IDT, глобальная таблица дескрипторов - GDT , и локальная таблица дескрипторов - LDT. Таблицы инициализируются с помощью инчструкций lidt, lgdt, lldt. Положение этих таблиц фиксируется еще на этапе загрузки и последующий доступ к ним осуществляется с помощью указателей .

Glossary

Segment: область памяти с заданными свойствами
Segment Register: регистр , ссылающийся на такой сегмент ( ss, cs, ds ...)
Selector: ссылка на дескриптор , загружаемый в сегментный регистр .
Descriptor: структура (строка в таблице)

Что можно сохранить в GDT ?

null descriptor
code segment descriptor (type=0x9A)
data segment descriptor (type=0x92)
TSS segment descriptor

GDT имеет следующую структуру :

null descriptor
dpl 0 code segment descriptor
dpl 0 data segment descriptor
dpl 3 code segment
dpl 3 data segment
остальной произвольный набор дескрипторов

dpl 0 code segment загружается в MSR. Остальные вычисляются на его базе . (See the intel instruction reference for SYSENTER and SYSEXIT for more information.)

Flat Setup

Если вам нужны 4GB памяти :

GDT[0]={.base=0, .limit=0, .type=0};              // selector 0 cannot be used
 GDT[1]={.base=0, .limit=0xffffffff, .type=0x9A};  // selector 8 will be our code
 GDT[2]={.base=0, .limit=0xffffffff, .type=0x92};  // selector 0x10 will be our data
 GDT[3]={.base=&myTss, .limit=sizeof(myTss), .type=0x89}; // you can use LTR(0x18)

В данной модели код не очень-то и защищен , потому-что он перекрывается с сегментом данных.

Small Kernel Setup

Если сегменты кода и данных нужно разделить и каждому выделить допустим по 4 метра:

GDT[0]={.base=0, .limit=0, .type=0};              // selector 0 cannot be used
 GDT[1]={.base=0x04000000, .limit=0x03ffffff, .type=0x9A};  // selector 8 will be our code
 GDT[2]={.base=0x08000000, .limit=0x03ffffff, .type=0x92};  // selector 0x10 will be our data
 GDT[3]={.base=&myTss, .limit=sizeof(myTss), .type=0x89}; // you can use LTR(0x18)

Начало кодового сегмента будет начинаться с отметки 4 метров иметь адрес совпадающий с cs:0 , сегмент данных будет начинаться с 8 метров и совпадать с адресом ds:0.

0. Отключение прерываний

Прерывания нужно отключать дабы не было проблем.

1. Заполнение таблиц

Базовый адрес в таблице GDT[] состоит из 3-х частей плюс флаг для установки свойств.

encodeGdtEntry(unsigned char target[8], struct MTGDT source)
 {
    if ((source.limit>64K) && (source.limit&0xfff)!=0xfff))
      kerror("you can't do that!");
    if (source.limit>64K) {
      // adjust granularity if required
      source.limit=source.limit/4096;
      target[6]=0xC0;
    } else target[6]=0x40;
 
    target[0]=source.limit&0xff;
    target[1]=(source.limit>>8)&0xff;
    target[6]|=(source.limit>>16)&0xf;
 
    target[2]=source.base&0xff;
    target[3]=(source.base>>8)&0xff;
    target[4]=(source.base>>16)&0xff;
    target[7]=(source.base>>24)&0xff;
 
    target[5]=source.type;
 }

2. Инициализация таблиц

Это можно сделать с помощью команд lgdt и lidt

real mode

линейный адрес может быть вычислен кака segment*16+offset.

gdtr dw 0 ; for limit storage
      dd 0 ; for base storage
 
 setGdt:
    xor eax,eax
    mov ax, ds
    shl eax, 4
    add eax, GDT
    mov [gdtr+2],eax
    mov eax, GDT_end
    sub eax, GDT
    mov [gdtr],ax
    lgdt [gdtr]
    ret

flat protected mode

gdtr dw 0   ; for limit storage
      dd 0   ; for base storage
 
 setGdt:
    mov eax,[esp+4]
    mov [gdtr+2],eax
    mov ax,[esp+8]
    mov [gdtr],ax
    ldgt [gdtr]
    ret

3. Reload segment registers

Для работы с GDT нужно использовать сегментные регистры

reloadSegments:
    jmp 0x08:here
 .here:
    mov ax,0x10
    mov ds,ax
    mov es,ax
    mov fs,ax
    mov gs,ax
    mov ss,ax
    ret

LDT

Аналогично GDT (global descriptor table), LDT (local descriptor table) состоит из дескрипторов . Каждый процесс имеет свою собственную LDT .

               GDTR (base+limit)
               +-- GDT -----------+
               |                  |
 SELECTOR ---> [LDT descriptor    ]----> LDTR (base+limit)
               |                  |     +---LDT-------------+
               |                  |     |                   |
               ..                 ..    ..                  ..
               +------------------+     +-------------------+

Сегменты

Real mode

В RealMode адрес имеет форму A:B :

Physical address = (A * 0x10) + B

Регистры в real-mode при адресации ограничены 16 битами. 16 бит - это число в диапазоне от 0 до 64k. Эти 64К и называются сегментом.

A = A 64k сегмент
B = смещение внутри сегмента

Базовые адреса сегментов - это чила типа (A * 0x10) .

Т.е. сегмент 0x1000 имеет базовый адрес 0x10000. Этот сегмент простирается в диапазоне 0x10000 -> 0x1FFFF, соответственно сегмент 0x1010 имеет базовый адрес 0x10100 и занимает диапазон физических алресов 0x10100 -> 0x200FF

Имеются 6 сегментных регистров : (CS, DS, ES, FS, GS, SS).

CS = Code Segment DS = Data Segment SS = Stack Segment ES = Extra Segment FS/GS = General Purpose Segments

DS,ES,FS,GS,SS можно смело использовать для работы с памятью .

MOV [SI], AX - базовым сегментным регистром по умолчанию является DS

MOV ES:[DI], AX - здесь базовым сегментным регистром является es

Операции с сегментными регистрами

Кроме CS, сегментные регистры можно загружать из AX (mov ds, ax) или из стека (pop ds).

CS нельзя изменить командой. Его можно изменить при переключении на другой сегментный регистр.

Far Jump: Например JMP 0x10:0x100 грузит CS сегментом 0x10 и IP = 0x100. CS:IP - это логический адрес для инструкции.
INT: Новое значение CS/IP читается из таблицы Interrupt Vector Table .

Gdt