IA-32 中的段选择器

Question

段选择器何时出现。英特尔指南中的行说：

"每个段描述符都有一个关联的段选择器。一个段 选择器为使用它的软件提供 GDT 的索引 或 LDT（其关联的段描述符的偏移量）， 全局/本地标志（确定选择器是否指向 GDT 或 LDT），以及访问权限信息。”

我不太明白。

是否有单独的段选择器寄存器？ 它是如何计算的？ 为什么我们需要它？

Answer 1

GDT 代表 全局描述符表。
这里重要的是 table 这个词，Intel 所说的 table 是指数组。

作为一个表一个数组，它有元素，每个元素被称为Descriptor。当然每个元素都可以被索引，即它有一个唯一的索引

段选择器寄存器保存描述符的索引。进入段选择器寄存器的值称为 selector。

但是事情要复杂一些。
索引 不是 选择器。

除了index之外，一个段选择器寄存器，还有两个东西：

1. 程序员想要用于访问描述符的权限。对于每个寄存器，这称为 RPL（请求特权级别），但 CS 称为 CPL（当前特权级别）。 RPL 和 CPL 在使用段选择器寄存器中所起的作用在 Intel 手册中有定义，这里就不多解释了。

2. 用于查看的表。一个表是GDT，另一个是LDT。英特尔手册中再次说明了差异和用途。

所以非正式的规则是：

选择器 = 索引 + table_to_use + 权限
table_to_use + 索引 = 描述符 = 关于要使用的内存段的所有信息

当然，+ 根本不意味着算术加法。段选择器寄存器的实际位域是

15                                                 3    2        0
+--------------------------------------------------+----+--------+
|          Index                                   | TI |   RPL  |
+--------------------------------------------------+----+--------+

TI = Table Indicator: 0 = GDT, 1 = LDT

因此，例如值 05h 选择索引为 0 的描述符（在 LDT 中使用 RPL=1），这是无效的，因为英特尔明确要求不这样做使用描述符 0。
第一个可用的 descriptor 可通过 selector 08h 访问，它选择 GDT 作为表，RPL=0 . 08h-0bh的值都选择GDT中索引为1的descriptor，只是RPL不同。

这是术语的完整 ASCII 艺术

<---- Selector ---->    +----- Segment Selector Register
+-------+----+-----+    v
| Index | TI | RPL | = DS
+-------+----+-----+            GDT                        LDT
   |      |             +---------------------+   +---------------------+
   |      +------------>| Null Descriptor     |   | Null Descriptor     |
   |                    +---------------------+   +---------------------+
   |                    | Descriptor 1        |   | Descriptor 1        |
   |                    +---------------------+   +---------------------+
   |                    |                     |   |                     |
   |                    ...     ...    ...   ...  ...     ...    ...   ...
   |                    |                     |
   |                    +---------------------+
   +------------------->| Descriptor K        |
                        +---------------------+
                        |                     |
                        ...     ...    ...   ...

关于它的计算方式以及我们为什么需要它

简答：阅读英特尔手册，因为它是完整的参考。

长答案：我们，用户模式程序员，不计算它。由于所有这些与段有关的事情归结为限制程序的权限，并且因为它是操作系统而不是我们发出命令，所以我们只需使用操作系统给我们的值（基本上通过加载我们的程序）作为 GDT 和 LDT 是由 OS 建立的，现在它愿意在任何方面与我们合作。

我们需要分段，因为在 真实模式 中有分段（Google 了解更多信息），因为它们可以避免在没有分页的情况下重新定位和聚集隔离（Google 了解更多信息）并且因为分段现在包含比简单的基本偏移和限制更多的信息。其中之一是：Descriptor Privilege Level，它限制了用户模式程序的权限。

Answer 2

那么会发生什么：

每当加载程序时，链接加载程序都会使用适当的选择器加载“段寄存器”。
段寄存器（例如 CS、DS、SS 等）分为两部分：可见和隐藏。
它是加载器以适当的值加载的可见部分。
此值是 GDT 或 LDT 中的索引，具体取决于选择器的 TI 标志。
处理器自己加载隐藏部分。隐藏部分的信息是线性地址空间中的段基地址、段限制、访问信息。

Answer 3

在实模式下，对内存的访问是分段的，即通过指定段位置和段偏移来访问。然后通过将偏移量添加到左移段位置来计算物理地址。段位置段和段偏移都是16位。

由于 Intel 的设计选择显然非常注重向后兼容性，因此他们选择保留 16 位大小的段寄存器。当保护模式出现时，这会导致问题。在保护模式下，GDT（全局描述符表）和 LDT（本地描述符表）保存在内存中的某个位置。这些描述符包含有关处理器使用的段的所有必要数据。为了访问这些描述符，您需要一个段选择器，它本质上是段描述符数组（即 LDT 或 GDT）的索引。

本质上，将 5 指定为段选择器的值会导致 CPU 使用本地/全局描述符表中的第 5 个（索引从零开始）描述符。