6.9.3. Селекторы в 80386

Селектор сегмента загружается в сегментный регистр (cs, ds и т.д.), чтобы через сегментный регистр задать один из обычных сегментов в системе как один адрес.

     Формат селектора сегмента:
         15                                             3    2   1    0
                  индекс                                       TI    RPL

         TI - индикатор таблицы:

            0  означает, что индексы селектора  относятся к GDT
            1  означает, что индексы селектора относятся  к LDT

         RPL - привилегированный уровень. Linux использует только два
               привилегированных уровня

            0  означает ядро
            1  означает пользователя

     Примеры:

     Сегмент кода ядра:

         TI = 0, индекс = 1, RPL = 0  поэтому сектор  = 0х08 (GDT[1])

     Сегмент данных пользователя

         TI = 1, индекс = 2, RPL = 3 поэтому сектор = 0х17 (LDT[2])

     Cелекторы, используемые в Linux:

         TI   index  RPL   selector    segment
          0     1      0      0x08      код ядра                  GDT[1]
          0     2      0      0x10      данные/стек ядра          GDT[2]
          0     3      0      ???       ???                       GDT[3]
          1     1      3      0x0F      код пользователя          LDT[1]
          1     2      3      0x17      данные/стек пользователя  LDT[2]

Селекторы для сегментов системы не предназначены для прямой загрузки в сегментные регистры. Напротив, должны быть загружены TR или LDTR.

На входе системного вызова:

• ds и es устанавливаются на сегмент данных ядра (0х10)
• fs устанавливается на сегмент данных пользователя (0х17) и используется для доступа к данным, на которые указывают аргументы системного вызова
• Указатель на вершину и сегмент стека автоматически устанавливаются в ss0 по прерыванию и старые значения восстанавливаются при возврате из системного вызова.

6.9.4. Дескрипторы сегментов

Имеется дескриптор сегмента, используемый для описания каждого сегмента в системе. Имеются обычные и системные дескрипторы. Ниже представлен дескриптор во всей своей красоте. Такой странный формат создан специально для того, чтобы обеспечить совместимость с 286. Заметьте, что он занимает 8 байт

        63-54  55  54  53  52  51-48  47   46  45  44-40    39-16      15-0
        Base   G   D   R   U   Limit  P   DPL  S   TYPE   Segmet Base Segmet Limit
        31-24                  19-16                         23-0      15-0

Разъяснения:

Системные дескрипторы в Linux

         TSS:   P=1,DPL=0,S=0, type=9,  limit=231 пространство для 1 tss_struct

         LDT: P=1,DPL=0,S=1, type=2, limit=23 пространство для 3
              дескрипторов сегментов

База устанавливается при выполнении fork(). Для каждой задачи есть свой TSS и LDT.

Обычные дескрипторы ядра в Linux (head.S):

         код:         P=1,DPL=0,S=1,G=1,D=1, type=a, base=0xc0000000, limit=0x3ffff

         данные: P=1,DPL=0,S=1,G=1,D=1, type=2, base=0xc0000000, limit=0x3ffff

     Состав LDT для task[0]  (sched.h):

         код:         P=1,DPL=3,S=1,G=1,D=1, type=a, base=0xc0000000, limit=0x9f

         данные: P=1,DPL=3,S=1,G=1,D=1, type=a, base=0xc0000000, limit=0x9f

     LDT, устанавливаемые по умолчанию для оставшихся задач (exec()):

         код:        P=1,DPL=3,S=1,G=1,D=1, type=a, base=0, limit=0xbffff

         данные: P=1,DPL=3,S=1,G=1,D=1, type=2, base=0, limit=0xbffff

Размер сегментов ядра 0х40000 страниц (4КВ страниц с G=1=1GB) тип подразумевает, что для кодового сегмента разрешается read-exec, а для сегмента данных read-write.

Регистры, объединенные посредством сегментации.

Формат сегментного регистра: (для программиста видимым является только селектор)

         16 -бит         32-бит                         32-бит
         селектор   база физического адреса   ограничения сегмента атрибуты

Невидимую часть сегментного регистра более удобно рассматривать в формате, используемом во входах таблицы дескрипторов, которые устанавливает программист. Таблицы дескрипторов имеют связанные с ними регистры, которые используются при их размещении в памяти. GDTR (и IDTR) инициализируются при запуске и вместе с этим определяются таблицы. LDTR загружается при каждом переключении задачи.

     Формат GDTR (иIDTR):

            32-бит                               16-бит
         Линейный базовый адрес           ограничение таблицы

TR и LDTR загружаются из GDT и таким образом имеют формат других сегментных регистров. Регистр задач (TR) содержит дескриптор для TSS текущей выполняемой задачи. Выполнение перехода на селектор TSS вызывает сохранение состояния в старом TSS, в TR загружается новый дескриптор и регистры перезагружаются новым TSS. Эти действия реализуются программой-шедуллером при переключении задач пользователя. Отметим, что поле tss_struct.ltd содержит селектор для LDT этой задачи. Он используется для того, чтобы загрузить LDTR. (sched.h)