深入感受IA32段式存储结构

       经过几天不懈的努力,终于把保护模式下分段内存管理的机制搞得很清楚了。所以现在写些这篇文章来，是觉得可以轻松下笔了。因为在这样一次痛苦并且的快乐着的经历之前，我不敢说我可以完全掌握分段其中的来龙去脉，更别谈亲自用代码来实现了。而现在，我可以很自豪的说，我做到了，很明白的内存分段机制，在我的键盘下，一点一点的完全展现在我的面前。下面我就把这两的思路记下来，以备后用，如果偶尔被同行看见，错误之处，请给予指正，不甚感激！
       尽管我的8086汇编觉得很烂，但是，如果说段式存储，还真得从那个时候讲起。我们都知道，在8086汇编里，就已经有分段的概念，那时有CS，DS，ES，SS等段寄存器，而我们的程序也通常被放在不同的段中，如果想要进行跨段执行代码，则还要涉及，长，短跳等概念。回忆这些后面会有好处，而且可以帮你建立一个初步的段式结构。那个时候CPU工作在实模式下，8086/8088的地址总线为20位，因而，其最大的寻址空间只有1MB，而CPU的字长却是16位的，那么怎么解决16位总线访问20位地址的问题呢，于是就引入了存储器地址分段的方法。
于是就有了：物理地址=16d*段地址 + 偏移地址  这一经典的公式。呵呵
每个段的大小可达64KB，但是这显然是不够的，于是当80386出现以后，地址线已经扩展到了32位，而且机器字长也已经步入正规32位系统结构，它能够提供高达4GB的地址空间。但是，系统首先要解决如何寻址的问题。其次，随着多务处理的需求，保护模式的概念也被提出。通俗的说就是为不同级别的任务提供不同的保护级别，让各个任务，在共同相同的物理空间，但又彼此互不干扰的运行。但是多任务必然会引起内存使用的紧张，这就需要内，外存协同工作，调度的实现又要求后来的分页机制。而分页正是建立在分段的基础之上的。下面这张图可以很好的描述这样一种关系：

因此，我们的第一要务就是要实现分段机制，让我们的Sinix操作系统工作在保护模式下。好的，我们下面会按照这样的思路写：

1：如何寻址？怎样由逻辑地址转到物理地址？
2：什么是特权级？怎样在不同的特权级间跳转？不同特权级间有什么注意地方？
3：多任务是怎么实现的？

（一）：好的，我们先看如何寻址。我还是会和以前的方式相比较。
在实模式下，我们会给出CS：IP这种形式的逻辑地址。这里的CS是段的基址，但是我们知道现在的段寄存器CS已经是32位，而段基址也是32位，如果全部用来存放地址，那么，所谓的保护的概念又从哪里体现呢？显然，这里的CS存放的东西已经不再和以前一样，但是一定会有基址。在保护模式下，我们把这些段寄存器存放的内容，更多时候叫做选择子。选择什么呢？肯定是段地址，不同的代码段有不同的基址，同样也有不同的选择子，然后交替的装入段寄存器，从而实现对不同段的访问。在哪选择呢？有两个地方：1：GDT（全局描述符表），2：LDT（局部描述符表）也可以说LDT是从GDT中的一个表项分出来的子表。我们先来看看他们的结构：


呵呵，上面的图不是GDT表，而是每一个表项的内容，我们就它描述符，上图我们可以知道，它的作用就是描述一个段的信息，包括基址，特权级等等。下面是访问一个线性地址的过程：