Адресация и многозадачность: Дескрипторы

Ниже на рис. 2.10. ... 2.16. представлены форматы всех возможных типов дескрипторов для Intel386 и т.д. (32-битные дескрипторы). 16-битные дескрипторы процессора Intel286 для совместимости поддерживаются и всеми последующими процессорами, они во всем аналогичны 32-битным дескрипторам, за исключением того, что старшее слово старшего двойного слова в них описано как зарезервированное, и при запуске программ Intel286 на 32‑разрядных процессорах должно быть нулевым.

Рис. 2.10. Формат дескриптора сегмента данных

Рис. 2.11. Формат дескриптора сегмента кода

Рис. 2.12. Формат дескриптора 32-битного шлюза вызова

Рис. 2.13. Формат дескриптора 32-битного TSS

Рис. 2.14. Формат дескриптора шлюза задачи

Рис. 2.15. Формат дескриптора 32-битного шлюза прерывания

Рис. 2.16. Формат дескриптора 32-битного шлюза ловушки

A (Доступ: Intel286 …)

Бит доступа устанавливается процессором после загрузки в сегментный регистр селектора соответствующего сегмента кода или данных. Предварительно очистив бит A, программное обеспечение может позже проверить, осуществлялся ли доступ к сегменту.

Процессоры Intel486 … осуществляют цикл записи в память нового значения бита A = 1, только если он не был установлен; Intel286 и Intel386 делают это независимо от его текущего значения.

AVL (Свободный: Intel386 …)

Бит оставлен свободным и может использоваться системным ПО для своих нужд.

B (Размерность: Intel386 …)

Бит размерности присутствует в дескрипторах сегментов данных. Он управляет следующими аспектами операций.

• Размерностью регистра указателя для стековых сегментов. Если B = 1, используется 32-битный указатель ESP. Если B = 0 — 16-битный указатель SP.
• Верхней границей расширяемого вниз сегмента. В расширяемых вниз сегментах нижняя граница задается полем LIMIT, а верхняя равна FFFFFFFFh, если B = 1, и FFFFh, если B = 0.

Бит размерности всегда должен устанавливаться в 0 для 16-битных сегментов и в 1 для 32-битных сегментов.

BASE (База: Intel286 – 24 бита, Intel386 … – 32 бита)

Задает положение сегмента в 4 Гбайтном (16М для Intel286) адресном пространстве. Для максимального быстродействия рекомендуется, чтобы значение базы было выровнено по 16 байтным границам. Для дескрипторов Intel286 определены только младшие 24 бита этого поля.

C (Согласование: Intel286 …)

Кодовый сегмент может быть согласованным или несогласованным. Передача управления из сегмента с меньшим уровнем привилегий (мало привилегий) в сегмент с большим уровнем привилегий (много привилегий) требует, чтобы сегмент, в который передается управление, был согласованным, иначе генерируется особая ситуация общей защиты #GP (кроме случая использования ловушки задачи).

COUNT (Счетчик: Intel286 …)

Для 32-битного шлюза задает количество двойных слов, копируемых из стека вызывающей процедуры в стек вызываемой. В случае 16-битного шлюза, задает количество слов, копируемых из стека вызывающей процедуры в стек вызываемой.

D (Разрядность по умолчанию: Intel386 …)

Задает разрядность операндов и адресов, принимаемую по умолчанию (разрядность по умолчанию может быть изменена префиксом размера операнда и префиксом размера адреса). Если D = 1, то устанавливается режим 32-битных операндов и 32-битного адреса. Если D = 0, то адреса и операнды 16-битные.

DPL (Уровень привилегий дескриптора: Intel286 …)

Задает уровень привилегий сегмента или шлюза, который (уровень) используется механизмом защиты для контроля доступа к сегменту или шлюзу. Наивысшие привилегии имеет уровень 0, наименьшие — уровень 3. В зависимости от способа доступа и типа сегмента, DPL выполняет следующие функции:

• Для сегмента данных. DPL содержит самое высокое числовое значение уровня привилегий, который может иметь программа, чтобы ей был разрешен доступ к такому сегменту. Например, только программы с CPL = 0 или CPL = 1 могут обращаться к сегменту данных с DPL = 1. В случае стекового сегмента, при загрузке в регистр SS нового селектора необходимо, чтобы все привилегии (текущий CPL, RPL загружаемого селектора и DPL дескриптора) совпадали, в противном случае генерируется ошибка общей защиты (#GP).
• Для несогласованного кодового сегмента. DPL содержит уровень привилегий, который должна иметь программ для доступа к сегменту. Например, если DPL = 2, то только программы с CPL = 2 могут обращаться к сегменту. При обращении к такому сегменту через шлюз вызова командой CALL, DPL содержит самое низкое числовое значение уровня привилегий, который может иметь программа, чтобы ей был разрешен доступ. Например, только программы с CPL = 2 или CPL = 3 могут обращаться к сегменту с DPL = 2.
• Для согласованного кодового сегмента и для сегмента TSS. DPL содержит самое низкое числовое значение уровня привилегий, который может иметь программа, чтобы ей был разрешен доступ к такому сегменту (задаче). Например, только программы с CPL = 2 или CPL = 3 могут обращаться к сегменту с DPL = 2. При обращении к новой задаче через шлюз задачи поле DPL дескриптора TSS новой задачи не проверяется.
• Для шлюзов. DPL содержит самое высокое числовое значение уровня привилегий, который может иметь программа, чтобы ей был разрешен доступ к шлюзу. Например, только программы с CPL = 0 или CPL = 1 могут обращаться к шлюзу с DPL = 1. Для шлюза ловушки и шлюза прерывания процессор проверяет значение DPL, только если прерывание вызвано командами INT n, INT 3, INTO.

E (Расширяемость: Intel286 …)

Задает направление расширения сегмента.

• E = 1 — сегмент расширяется вниз (стек);
• E = 0 — сегмент расширяется вверх.

G (Гранулярность: Intel386 …)

Бит гранулярности задает масштаб поля LIMIT. Когда G = 0, предел задается в байтах, если G = 1 — в 4-Кбайтных блоках.

LIMIT (Предел: Intel286 – 16 бит, Intel386 … – 20 бит)

Задает размер сегмента. Процессор может интерпретировать это поле двумя способами в зависимости от значения поля G (гранулярность).

• Если G = 0, то предел задает размер сегмента в байтах (от 1 байта до 1 Мбайта).
• Если G = 1, то предел задает размер сегмента в 4-Кбайтных параграфах (от 4 Кбайт до 4 Гбайт).

Для сегментов, расширяющихся вверх, логический адрес может принимать любое значение от 0 до LIMIT. Для сегментов, расширяющихся вниз (стековые сегменты), смысл поля LIMIT переворачивается, т.е. логический адрес может принимать любые значения кроме значений от 0 до LIMIT.

Для дескрипторов Intel286 определены только младшие 16 бит этого поля, а размер сегмента всегда задается только в байтах.

OFFSET (Смещение: Intel286 …)

Смещение точки входа в целевом сегменте.

P (Присутствие: Intel286 …)

Бит присутствия сегмента в физической памяти. Если этот бит не установлен, процессор генерирует особую ситуацию #NP (Сегмент не присутствует), когда селектор дескриптора загружается в сегментный регистр.

R (Разрешение чтения: Intel286 …)

Бит R разрешает/запрещает чтение из кодового сегмента. Когда чтение запрещено программы могут передавать управление в сегмент (т.е. он остается исполняемым), но чтение кода как данных из сегмента невозможно.

• R = 1 — чтение возможно;
• R = 0 — чтение запрещено.

S (Системный, бит 12 старшего двойного слова дескриптора: Intel286 …)

Задает вид дескриптора. Если S = 0, то дескриптор считается системным. Если S=1, то это дескриптор сегмента кода или данных. Системные дескрипторы выполняют важнейшие функции по управлению прерываниями, вызовами подпрограмм, переключениями задач. Тип системного дескриптора задается полем TYPE.

SELECTOR (Селектор: Intel286 …)

Селектор целевого сегмента или (для шлюза задачи) селектор TSS целевой задачи.

TYPE (Тип, биты 11..8 старшего двойного слова дескриптора: Intel286 …)

Поле тип содержит биты, которые задают назначение (тип) системного дескриптора.

TYPE Описание
---------------------------------- Intel286 …
0000 Зарезервировано
0001 Свободный 16-битный TSS
0010 Локальная таблица дескрипторов (LDT)
0011 Занятый 16-битный TSS
0100 16-битный шлюз вызова
0101 Шлюз задачи
0110 16-битный шлюз прерывания
0111 16-битный шлюз ловушки
-------------------------------------------- Intel386 …
1000 Зарезервировано
1001 Свободный 32-битный TSS
1010 Зарезервировано
1011 Занятый 32-битный TSS
1100 32-битный шлюз вызова
1101 Зарезервировано
1110 32-битный шлюз прерывания
1111 32-битный шлюз ловушки

W (Разрешение записи: Intel286 …)

Бит разрешения/запрещения записи в сегмент данных.

• W = 1 — запись возможна;
• W = 0 — запись запрещена.