4、保护模式以内存分段管理机制

    以个人理解，内存的分段管理机制，就是人为的把内存分红几个小段（Segment），各段独立使用。

    为何要把内存分红不少小段使用呢？缘由一是要多个程序同时运行：开QQ勾搭妹子，开网易云音乐听歌，开浏览器看网页。。。。。。好几个程序一块儿开着呢！若是几个程序都用同一块内存，那就乱了！因此，把内存分红几段：QQ用一段，别的程序不能访问；网易云音乐用另外一段，其余程序也不能访问。。。。。。缘由二是不一样程序的权力不同：操做系统能够启动、关闭应用程序，应用程序可不能对操做系统指手画脚，也就是各段内存的被访问权限是不一样的。

    很明显，要准肯定义一个段要三个参数：该段从物理内存的哪一个位置开始（段开始的实际内存地址）、该段占用多大的内存空间（段的长度）、该段能被哪些程序访问（段的属性），用专业术语说就是段基址（Segment Base）、段界限（Segment Limit）、段属性（Segment Attritbute）。

    用一个数据结构来描述段的三个属性，这个数据结构就叫段描述符（Descriptor）。因为历史的缘由（为了和80286兼容），这个数据结构看起来至关纠结：三个参数居然不各自独立连续存放，而是被拆开混存的！

; 段描述符图示

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;  ------ ┏━━┳━━━┓内存高地址

;            ┃ 7 ┃ 段  ┃

;            ┣━━┫ 基  ┃

;            ┆    ┆ 址  ┆

;  字节   ┆    ┆ 高  ┆

;   7       ┣━━┫ 8   ┃

;            ┃ 0 ┃ 位 ┃

;  ------ ┣━━╋━━━┫

;            ┃ 7 ┃ G  ┃

;            ┣━━╉━━━┨

;            ┃ 6 ┃D/B┃

;            ┣━━╉━━━┨

;            ┃ 5 ┃ 未  ┃

;            ┣━━┫ 定  ┃

;            ┃ 4 ┃ 义  ┃

;  字节   ┣━━╉━━━┨

;   6       ┃ 3 ┃      ┃

;            ┣━━┫ 段  ┃

;            ┃ 2 ┃ 界  ┃

;            ┣━━┫ 限  ┃

;            ┃ 1 ┃ 高  ┃

;            ┣━━┫ 4   ┃

;            ┃ 0 ┃ 位  ┃

;  ------ ┣━━╋━━━┫

;            ┃ 7 ┃ P   ┃

;            ┣━━╉━━━┨

;            ┃ 6 ┃ D   ┃

;            ┣━━┫ P   ┃

;            ┃ 5 ┃ L   ┃

;            ┣━━╉━━━┨

;            ┃ 4 ┃ S   ┃

;  字节   ┣━━╉━━━┨

;   5      ┃ 3 ┃      ┃

;           ┣━━┫ T   ┃

;           ┃ 2 ┃ Y   ┃

;           ┣━━┫ P   ┃

;           ┃ 1 ┃ E   ┃

;           ┣━━┫      ┃

;           ┃ 0 ┃      ┃

;  ----- ┣━━╋━━━┫

;           ┃23┃     ┃

;           ┣━━┫     ┃

;           ┃22┃ 段 ┃

;           ┣━━┫ 基 ┃

;           ┆    ┆ 址 ┆

;  字节  ┆    ┆ 低 ┆

; 2，3  ┣━━┫ 24 ┃

;   4      ┃ 1 ┃ 位 ┃

;           ┣━━┫     ┃

;           ┃ 0 ┃     ┃

;  ----- ┣━━╋━━━┫

;           ┃15┃     ┃

;           ┣━━┫     ┃

;           ┃14┃ 段 ┃

;           ┣━━┫ 界 ┃

;           ┆    ┆ 限 ┆

;  字节   ┆    ┆ 低 ┆

;  0，1   ┣━━┫ 16┃

;            ┃ 1 ┃ 位 ┃

;            ┣━━┫     ┃

;            ┃ 0 ┃     ┃

;  ------ ┗━━┻━━━┛内存低地址

    段基址和段界限好理解。段属性包含的内容好多，今天先跳过无论，之后再补吧！

   从上面的宏知道一个段描述符长 8 字节，即 8 * 8 = 64 位。若是直接经过一个 64 位的段描述符来引用一个段的时候，就必须使用一个 64 位长的段寄存器装入这个段描述符。但Intel为了保持向后兼容，将段寄存器仍然规定为 16 位，找不到 64 位长度的段寄存器来直接引用 64 位的段描述符。怎么办？

    既然内存被分红了不少段，每一个段都由一个段描述符定义，这些个数量不定的段描述符能够用线性表来存储。这个存放描述符的线性表就叫段描述符表（Descriptor Table）。要引用描述符表中的某一项，只要知道该描述符在描述符表中的序号就行，即描述符索引（Index），专业术语叫段选择子（Segment Selector）。如今好办了，旧的 16 位段寄存器就能够经过将段寄存器中的值做为下标索引来间接引用 64 位的段描述符了。

    实际上，段选择子里除了放了描述符索引以外，还存了描述符表指示位（Table Index）、请求特权级（Requested Privilege Level）。一个段选择子 16 位，低 2 位（第0、1位）存放请求特权级，用于特权检查；第 2 位存放描述符指示位，= 0 表示从全局描述符表中读取描述符， = 1 表示从局部描述符表中读取描述符；高 13 位存放描述符索引，即描述符在描述符表中的序号。管理所有物理内存的描述符表叫全局描述符表（Global Descriptor Table，GDT）。实际上，在 GDT 中存放的不只仅是段描述符，还有其它描述符。

    还有两个问题，描述符表和段选择子放在哪里呢？怎么访问呢？

    描述符表必然是放在内存里的，并且能够被放在内存的任何位置。实际上全局描述符表自己也占用一个内存段，只不过这个段比较特殊，不能用一个段描述符定义后做为一个表项存放到别的描述符表中去。全局描述符表须要在定义后，程序员本身保存其基址和界限。有一个寄存器 GDTR 专门用来存放 GDT 的入口地址，能够经过 LGDT 指令将 GDT 的入口地址装入此寄存器，CPU 根据此寄存器中的内容做为 GDT 的入口来访问 GDT。

    段选择子存放在段寄存器里！实模式下段寄存器里存放段地址，保护模式下段寄存器里存放段选择子，段寄存器的值就是段选择子。要访问内存的某个段，先要把该段的选择子加载到某一个段寄存器。CPU 提供了 6 个段寄存器：CS、DS、SS、ES、FS、GS，即同一时刻有 6 个段可供当即访问。实际上每一个段寄存器都支持某种特定类型（代码、数据、堆栈）的内存引用：代码段 CS，数据段 DS，堆栈段 SS，辅助数据段 ES、FS、GS。

    有两点建议：

一、LDT 只是一个可选的数据结构，你彻底能够不用它。使用它或许能够带来一些方便性，但同时也带来复杂性，若是你想让你的OS内核保持简洁性，以及可移植性，则最好不要使用它。

二、若是一个 OS 不使用虚拟内存，段模式会是一个不错的选择，无需考虑页模式（实际是段页模式）。

    在启动阶段只须要初步设置一下 GDT，等真正进入保护模式，启动了 Kernel 以后，具体 OS 打算如何设置 GDT，使用何种内存管理模式，由 Kernel 自身来设置，启动只须要给 Kernel 的数据段和代码段设置所有线性空间就能够了。