参考
https://blog.51cto.com/13475106/category6.html及狄泰软件相关课程
一.x86系列处理器上的页式内存管理
1.硬件层直接支持内存分页机制
2.默认情况下不使用分页机制(段式内存管理)
3.分页机制(进行配置)启动后，使用二级页表对内存进行管理
x86系列处理器的分页方式(32位)
如图所示，32位被分成了三部分
1.在低12位中，表示的是页内偏移地址
2.在中间10位，用于在子页表中查找目标页地址
3.在最高的10位中，用于子页目录中查找页表地址
A.下面由一张图来展示分页机制
B.x86系列处理器的分页方式(32位)
1.在页目录大小中，2的十次方项，每项4字节，一共为4K
2.在子页表大小中，2的十次方项，每项4字节，一共为4K
3.在页大小中，2的十二次方，一共为4K
由上可以得出
1.页目录占用1内存页-可访问1024个子页表
2.单个子页表占用1内存页-可访问1024个页面
3.页面起始地址按4K字节对齐-总是4096整数倍
4.分页后可访问的虚拟内存空间为:4K(1024*1024)=4G
X86简单的分页构建方式
可以通过for循环构建目录，子页表,主要原因是一个一个的生成的
C.x86系列处理器上的页属性
1.由于物理页面的地址必须按照4K字节对齐
2.由此可得，页目录可使用地址的低12位进行属性描述
在x86系列处理器上查看页属性的说明
D.x86对分页的硬件支持--代码上
如下所示
1.将页目录起始地址放置到cr3-该寄存器类似指针指向页目录起始地址
2.将cr0里面的值取出放置到eax寄存器中，
3.将cr0里面的值所对应二进制最高位置1--硬件级开启分页机制
在这里需要注意的是
1.loop指令-该指令表示的是循环指令
mov ax,0
mov cx,10
Label:
add ax,cx
loop Label
在这里表示是将cx减1，对cx进行判断，若cx不为0，则执行标签处Label的代码
2.-stosb/stosw/stosd
表示的是把al/ax/eax中的值存储到edi指向的内存单元中，同时edi的值根据方向标志增加或减少(cld/std)
mov es,ax mov edi, mov eax,0XFF cld stosd
编程实现
loader.asm与inc.asm的设置
%include "inc.asm"
PageDirBase equ 0x200000
PageTblBase equ 0x201000
org 0x9000
jmp ENTRY_SEGMENT
[section .gdt]
; GDT definition
; 段基址， 段界限， 段属性
GDT_ENTRY : Descriptor 0, 0, 0
CODE32_DESC : Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32
VIDEO_DESC : Descriptor 0xB8000, 0x07FFF, DA_DRWA + DA_32
DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DRW + DA_32
STACK32_DESC : Descriptor 0, TopOfStack32, DA_DRW + DA_32
PAGE_DIR_DESC : Descriptor PageDirBase, 4095, DA_DRW + DA_32
PAGE_TBL_DESC : Descriptor PageTblBase, 1023, DA_DRW + DA_LIMIT_4K + DA_32
; GDT end
GdtLen equ $ - GDT_ENTRY
GdtPtr:
dw GdtLen - 1
dd 0
; GDT Selector
Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
VideoSelector equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
PageDirSelector equ (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
PageTblSelector equ (0x0006 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
; end of [section .gdt]
TopOfStack16 equ 0x7c00
[section .dat]
[bits 32]
DATA32_SEGMENT:
DTOS db "D.T.OS!", 0
DTOS_OFFSET equ DTOS - $$
HELLO_WORLD db "Hello World!", 0
HELLO_WORLD_OFFSET equ HELLO_WORLD - $$
Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT
[section .s16]
[bits 16]
ENTRY_SEGMENT:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, TopOfStack16
; initialize GDT for 32 bits code segment
mov esi, CODE32_SEGMENT
mov edi, CODE32_DESC
call InitDescItem
mov esi, DATA32_SEGMENT
mov edi, DATA32_DESC
call InitDescItem
mov esi, STACK32_SEGMENT
mov edi, STACK32_DESC
call InitDescItem
; initialize GDT pointer struct
mov eax, 0
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, GDT_ENTRY
mov dword [GdtPtr + 2], eax
; 1. load GDT
lgdt [GdtPtr]
; 2. close interrupt
cli
; 3. open A20
in al, 0x92
or al, 00000010b
out 0x92, al
; 4. enter protect mode
mov eax, cr0
or eax, 0x01
mov cr0, eax
; 5. jump to 32 bits code
jmp dword Code32Selector : 0
; esi --> code segment label
; edi --> descriptor label
InitDescItem:
push eax
mov eax, 0
mov ax, cs
shl eax, 4
add eax, esi
mov word [edi + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [edi + 4], al
mov byte [edi + 7], ah
pop eax
ret
[section .s32]
[bits 32]
CODE32_SEGMENT:
mov ax, VideoSelector
mov gs, ax
mov ax, Stack32Selector
mov ss, ax
mov eax, TopOfStack32
mov esp, eax
mov ax, Data32Selector
mov ds, ax
mov ebp, DTOS_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 12
mov dl, 33
call PrintString
mov ebp, HELLO_WORLD_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 13
mov dl, 31
call PrintString
call SetupPage
jmp $
;
;
SetupPage:
push eax
push ecx
push edi
push es
mov ax, PageDirSelector
mov es, ax
mov ecx, 1024 ; 1K sub page tables
mov edi, 0
mov eax, PageTblBase | PG_P | PG_USU | PG_RWW
cld
stdir:
stosd
add eax, 4096
loop stdir
mov ax, PageTblSelector
mov es, ax
mov ecx, 1024 * 1024 ; 1M pages
mov edi, 0
mov eax, PG_P | PG_USU | PG_RWW
cld
sttbl:
stosd
add eax, 4096
loop sttbl
mov eax, PageDirBase
mov cr3, eax
mov eax, cr0
or eax, 0x80000000
mov cr0, eax
pop es
pop edi
pop ecx
pop eax
ret
; ds:ebp --> string address
; bx --> attribute
; dx --> dh : row, dl : col
PrintString:
push ebp
push eax
push edi
push cx
push dx
print:
mov cl, [ds:ebp]
cmp cl, 0
je end
mov eax, 80
mul dh
add al, dl
shl eax, 1
mov edi, eax
mov ah, bl
mov al, cl
mov [gs:edi], ax
inc ebp
inc dl
jmp print
end:
pop dx
pop cx
pop edi
pop eax
pop ebp
ret
Code32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT
[section .gs]
[bits 32]
STACK32_SEGMENT:
times 1024 * 4 db 0
Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENT
TopOfStack32 equ Stack32SegLen - 1
; Segment Attribute
DA_32 equ 0x4000
DA_LIMIT_4K EQU 0x8000
DA_DR equ 0x90
DA_DRW equ 0x92
DA_DRWA equ 0x93
DA_C equ 0x98
DA_CR equ 0x9A
DA_CCO equ 0x9C
DA_CCOR equ 0x9E
; Segment Privilege
DA_DPL0 equ 0x00 ; DPL = 0
DA_DPL1 equ 0x20 ; DPL = 1
DA_DPL2 equ 0x40 ; DPL = 2
DA_DPL3 equ 0x60 ; DPL = 3
; Special Attribute
DA_LDT equ 0x82
DA_TaskGate equ 0x85 ; 任务门类型值
DA_386TSS equ 0x89 ; 可用 386 任务状态段类型值
DA_386CGate equ 0x8C ; 386 调用门类型值
DA_386IGate equ 0x8E ; 386 中断门类型值
DA_386TGate equ 0x8F ; 386 陷阱门类型值
; Selector Attribute
SA_RPL0 equ 0
SA_RPL1 equ 1
SA_RPL2 equ 2
SA_RPL3 equ 3
SA_TIG equ 0
SA_TIL equ 4
PG_P equ 1 ; 页存在属性位
PG_RWR equ 0 ; R/W 属性位值, 读/执行
PG_RWW equ 2 ; R/W 属性位值, 读/写/执行
PG_USS equ 0 ; U/S 属性位值, 系统级
PG_USU equ 4 ; U/S 属性位值, 用户级
; 描述符
; usage: Descriptor Base, Limit, Attr
; Base: dd
; Limit: dd (low 20 bits available)
; Attr: dw (lower 4 bits of higher byte are always 0)
%macro Descriptor 3 ; 段基址， 段界限， 段属性
dw %2 & 0xFFFF ; 段界限1
dw %1 & 0xFFFF ; 段基址1
db (%1 >> 16) & 0xFF ; 段基址2
dw ((%2 >> 8) & 0xF00) | (%3 & 0xF0FF) ; 属性1 + 段界限2 + 属性2
db (%1 >> 24) & 0xFF ; 段基址3
%endmacro ; 共 8 字节
; 门
; usage: Gate Selector, Offset, DCount, Attr
; Selector: dw
; Offset: dd
; DCount: db
; Attr: db
%macro Gate 4
dw (%2 & 0xFFFF) ; 偏移地址1
dw %1 ; 选择子
dw (%3 & 0x1F) | ((%4 << 8) & 0xFF00) ; 属性
dw ((%2 >> 16) & 0xFFFF) ; 偏移地址2
%endmacro
设置的过程如下图所示
通过make之后得到的结果
在这里的打印结果为字符串，并没有分页的显示效果，在后面的博客会对该次实验进行解释
小结
1.x86处理器直接支持内存分页机制
2.分页机制启动后，使用二级页表对内存进行管理
3.页目录和单个子页表占用1内存页
4.页面起始地址按4K字节对齐
5.分页后可访问的虚拟内存空间为4G