linux寄存器简介

80386常用寄存器

最近在看书的过程中，发现好多都需要汇编寄存器的知识。例如，在gdb调试反汇编调试程序时需要会看懂汇编代码；在通过汇编了解系统调用原理时，也需要知道汇编寄存器知识；在了解linux内核内存管理时，需要知道段描述符寄存器GDTR/LDTR等等。本科学过汇编，有点基础，所以这篇文章想总结下80386各个寄存器的作用。

80386寄存器共有34个寄存器，可分为7类，它们是通用寄存器，指令指针和标志寄存器，段寄存器，系统地址寄存器，控制寄存器、调试和测试寄存器。我们经常碰到的是前四类寄存器，也是我这篇文章总结的重点。

通用寄存器

80386寄存器有8个32位通用寄存器这8个通用寄存器都是由8088/8086/80286的相应的16位通用寄存器扩展成32位而得。名字分别是：EAX，EBX，ECX，EDX，ESI，EDI，EBP，ESP。每个32位的通用寄存器的低16位可以单独使用，对应于8088/8086/80286的相应16位通用寄存器作用相同。同时，EAX，EBX，ECX，EDX四个寄存器的低16位AX,BX,CX,DX还可以继续分为各高8位，低8位寄存器单独使用，例如AX可以分为AH和AL，每个都是8位寄存器。

这8个为通用寄存器，说明它们的用处不止一个。它们通常既可以保存逻辑和算术运算中的那个操作数，也可以保存地址运算中的操作数。

下面说下我在c程序和系统调用时，这些寄存器的用法；

在函数调用和系统调用时，需要先将参数压入栈，然后被调用函数再从相应的寄存器获取参数值，存储在被调用函数的栈中，所以被调用函数对参数做出的改变并不会修改主函数的数值，因为他们在不同的栈中。函数的参数存入栈的顺序是从右到左，如果是调用函数sum(x,y),则是先将y压入栈，然后再将x压入栈，具体可以参考我之前的文章用gdb反汇编理解c函数栈调用过程;

对于寄存器而言,c程序和系统调用的参数则必须按顺序放到寄存器 ebx，ecx，edx，esi，edi 中，而函数调用的参数操作是从右到左，所以最后一个参数放入esi，倒数第二个参数存入edi等以此类推。对于上述的例子main函数调用sum(x,y)，main函数将y存入esi，x存入edi。然后sum函数内部从esi和edi获取参数值。

而eax在函数调用中，经常用来存储函数的返回值。上述例子中，sum函数将值存入eax寄存器中，main函数再从eax寄存器获取返回值。对于fork函数返回两个值，也可以通过eax来理解，当内核调度父进程时，键pid存入eax寄存器，当内核调度子进程时，将0存入eax寄存器。

esp寄存器为栈顶寄存器，并且始终指向栈顶。

ebp寄存器为基址寄存器，其实就是每个函数栈的栈底寄存器，通过这个基址寄存器，再加上偏移量，即可获取参数以及局部变量的值。

指令指针寄存器和标志寄存器

EIP为指令指针寄存器，是32位寄存器，低16位称为IP，用于兼容16为CPU，其内容是下一条要取入CPU的指令在内存中的偏移地址。当程序刚运行时，系统把EIP清零，每取入一条指令，EIP自动增加相应的字节数，指向下一条指令。

EFLAGS也是为标志寄存器，低16位称为FLAGS，与16位CPU的标志寄存器同名，同作用。可分为3类：状态标志，控制标志和系统标志，简述如下：

1. AF——辅助进位标志。若该位置位时，表示最低有效的4位向高位产生了进位或借位，则该标志位主要用于BCD算术运算。

2. CF——进位标志。当该位置位，表示8位或16位或32位数的算术操作产生了进位或借位。进行多字节数的加、减时要使用该标志。循环移位指令也影响进位标志。

3. PF——奇偶标志。主要用于数据通讯应用程序中，当该位置位时，表示结果数据位中有偶数个1，可以检查数据传送中是否出现错误。

4. SF——符号标志。该位置位时表示结果的最高位(符号位)为1。对于带符号数，该位为1表示负数，该位为0表示正数。

5. ZF——零标志。当该位置位时，表示操作的结果为0。

6. DF——方向标志。用于控制数据串操作指令中的地址变化方向。DF为0时，SI/DI或ESI/EDI为自动增量，地址从低向高变化，DF为1，SI/DI或ESI/EDI为自动减量，地址从高向低变化。

7. IF——中断允许标志。该位置1时允许响应外部可屏蔽中断(INTR)，该位复位时禁止响应外部可屏蔽中断。IF不影响非屏蔽外部中断(NMI)或内部产生的中断。

8. OF——溢出标志。若该位置位表示此次运算发生了溢出，即作为带符号数运算，其结果值超出目的单位所能表示的数值范围。这时目的单位的内容对带符号数没有意义。

9. TF——陷阱标志。当该位置位时，把处理器置成供调试的单步方式。在这种方式中，每条指令执行后CPU自动产生一个内部中断，使调试者可以观察程序中该条指令执行的情况。

10. NT——嵌套任务标志。用来表示当前的任务是否嵌套在另一任务内，当该位置1时，表示当前的任务有一个有效的链连接到前一个任务(被嵌套)，如果执行IRET指令，则转换到前一个任务。

11. IOPL——输入/输出特权级标志，用于定义允许执行输入/输出指令的I/O特权级的数值。

12. RF——恢复标志。它是与调试寄存器的断点一起使用的标志，当该位置1时，即使遇到断点或调试故障，也不产生异常中断1。在成功地执行每条指令时，RF将自动复位。

13. VM——虚拟8086方式标志。当该位置位时，CPU工作在虚拟8086模式(简称为拟86模式)，在这种模式下运行8086的程序就好象是在8086CPU上运行一样。

14. AC——对准检查标志。这是80486新定义的标志位。该位置位时，如果进行未对准的地址访问，则产生异常中断17。所谓未对准的地址访问，是指访问字数据时为奇地址，访问双字数据时不是4的倍数地址，访问8字节数据时，不是8的倍数的地址。对准检查在特权级为0，1，2时无效，只有在特权级3时有效。

15. s—状态标志；c—控制标志；x—系统标志

段寄存器

可能在刚接触汇编时，会觉得段寄存器存储的就是程序每个段的基地址，在了解了linux虚拟地址转为物理地址之后，我才知道原来段描述符存储的并不是段基地址，而是存储了在段描述符表的索引以及一些属性。

80386有6个段寄存器，分别是CS，DS，SS，ES，FS和GS，是16位寄存器。前4个段寄存器的名称与8088/8086相同，在实地址方式下使用方式也和8088/8086相同。80386又增加了FS与GS，主要为了减轻对DS段和ES段的压力。

这些16位段寄存器存放的并不是段基地址，而是存储了在段描述符表的索引，D3-D15位是索引值,D0-D1位是优先级(RPL)用于特权检查,D2位是描述符表引用指示位TI,TI=0指示从全局描述表GDT中读取描述符，TI=1指示从局部描述符中LDT中读取描述符。这些信息总称段选择器(段选择子).

具体等到虚拟内存与物理内存转换时在具体说明。

系统地址寄存器

这些寄存器是我写这篇文章最主要的原因，因为这些寄存器在汇编代码中很少见，而在理解地址转换又是那么重要。

系统地址寄存器有四个，用来存储操作系统需要的保护信息和地址转换表信息、定义目前正在执行任务的环境、地址空间和中断向量空间。

1. GDTR 48位全局描述符表寄存器，用于保存全局描述符表的32位基地址和全局描述符表的16位界限（全局描述符表最大为216字节，共2^16/8=8K个全局描述符）。GDT表里面的每一项都表明一个段的信息，或者是一个LDT表的相关信息。其实一个LDT表也是一个段。所以也可以说GDT表的每一项都描述一个段。就像一个文件夹下面可以有文件，也可以有文件夹一样，GDT表里面既可以有段描述符，也可以有LDT的表。

2. IDTR 48位中断描述符表寄存器，用于保存中断描述符表的32位基地址和中断描述符表的16位界限（中断描述符表最大为216字节，共2^16/8=8K个中断描述符）。

3. LDTR 16位局部描述符表寄存器，用于保存局部描述符表的选择符。一旦16位的选择符（也叫选择子）放入LDTR，CPU会自动将选择符所指定的局部描述符装入64位的局部描述符寄存器中。

4. TR 16位任务状态段寄存器，用于保存任务状态段(TSS)的16位选择符。与LDTR类似，一旦16位的选择符放入TR，CPU会自动将该选择符所指定的任务描述符装入64位的任务描述符寄存器中。注：TSS是一个段，所以在GDT中有对应的表项描述。

所以LDTR和TR寄存器分别是局部描述符表的选择符和任务状态段选择符，它们需要到GDT表格中找到各自的描述符才能定位到各自的表格，所以可以把这两个寄存器看作是和cs,ds等段寄存器一样，局部描述符表和任务状态段看作是一个段。

对于寄存器先说到这，有了这些基础之后，就可以分析linux虚拟地址向物理地址的转换过程了。