IA32系统级架构总览（二）

系统级架构由寄存器、数据结构、指令组成，这些设计对基本的系统级别的操作提供了支持，比如：内存管理、终端与异常处理、任务管理、多进程控制等。

我们先来看一看寄存器与数据结构的总汇图：现在你可能看不懂，不过没关系，接下来我们一起学习。

 

 

一、概述

首先大体看一下这个图，左上角的EFLAGS和CR0~CR4是寄存器，用于做一些标记好让处理器知道现在现场的情况，比如CR0可以告诉处理器现在所处的模式是实模式还是保护模式。然后在图的中间一个用箭头连在一起的很一片区域占据的很大的空间，需要说明的是这个区域中所画的部分不是寄存器而是存在内存中的数据结构，这片区域看得出又分为三个区域：左、中、右，其中左区域是中断描述符表（IDT）、中区域是全局描述符表和局部描述符表、右区域是一些数据段、堆栈段、代码段和TSS表。

图的下部分是当处理器的分页机制打开之后的访存机制，暂时不管。

二、GDT和LDT

在保护模式之下，访问内存必须通过GDT（全局描述符表）或者是LDT（局部描述符表），“可以把GDT和LDT看成两种地图，用来寻找我们要到达的地点”，顾名思义，一个是用于全局查找的另一个是用于局部查找的，“把内存看成一栋大厦我们用GDT找到要到达的房间，用LDT查找在该房间中要寻找的东西”。

GDT和LDT是由段描述符组成的，段描述符中含有你要访问的位置段的基地址（要和偏移地址和在一起才是确切地址）以及这个段的属性，比如特权级、是数据还是代码，抑或是LDT表和TSS，没错，你没有看错，LDT虽然和GDT具有类似的功能但是LDT的访问也是要通过GDT的；LDT和GDT类似，只不过是在用户程序内访存使用。

段描述符是由段选择子指向的，段选择子会指明访问的是GDT还是LDT，同时指明指向的是GDT或LDT中的哪个段描述符。GDTR和LDTR这两个寄存器，为处理器指明GDT和LDT在内存中的具体位置。

无论在实模式还是保护模式，处理器都是通过段加偏移地址来访存的，以代码段为例，处理器是根据CS：EIP来确定下一条指令在内存中的位置，进而取指执行。在实模式下，CS给出了段地址，与EIP简单组合便得出物理地址，但是在保护模式下却不是这样，CS中并不是段地址，而是段选择子，他指向GDT或LDT中的某个段描述符，处理器查找GDTR或LDTR确定描述符表的位置，然后找到描述符表汇中的段描述符，进而才可以获得基地址，然后和EIP相加就是确切的物理地址了。

 

二、系统段、段描述符、门

 

构成程序或进程执行环境的有代码段、数据段、堆栈段，除此之外，IA-32架构又定义了两个系统段：任务段（TSS）和全局描述符表LDT。GDT并不是系统段，因为没有相应的段选择子和段描述符对应GDT（使用GDTR指向GDT）。

 

这个架构也定义了一系列特殊的描述符——门（调用门、中断门、中断门、以及任务门），说成门，也就是一种通道，不同的操作走不同的门，也是一种保护机制。

 

TSS定义任务执行环境的状态，包括通用寄存器、段寄存器、EFLAGS 寄存器、EIP 寄存器、段选择子、三个堆栈段（特权级 0、1、2 各一个堆栈）的指针等 状态，以及与任务相关的 LDT 的选择子和页表的基地址。

 

四、中断和异常处理

 

当需要暂停当前进程的时候，比如程序发生错误或遇到异常的时候，中断就出场了。中断的使用需要用到中断描述符表IDT，IDT中是中断描述符，和GDT相似，中段描述符自然指向中断服务程序的地址。像 GDT 一样，IDT不是一个段，IDT的线性基地址包含在 IDT 寄存器中（IDTR）。另外，IDT 中的描述符可以是中断门、陷阱门或任务门。

 

五、内存管理

 

IA-32 系统架构既支持直接物理内存寻址也支持虚拟内存（通过分页）。采用物理寻址（模式）时，线性地址就被当作是物理地址；使用分页（模式）时，所有的代码、数据、堆栈和系统段、GDT、IDT 都可能被分页，且只有最近被访问过的页保留在物理内存中。