Сегментные регистры. Как уже было сказано выше, при работе в защищённом режиме, процессор интерпретирует значения сегментных регистров как селекторы

Как уже было сказано выше, при работе в защищённом режиме, процессор интерпретирует значения сегментных регистров как селекторы, а не как адреса начала сегментов. Но это не единственная новость:)

Начиная с 80286, сегментные регистры состоят из двух частей: видимой и скрытой (visible part, hidden part). Видимая часть это доступный для чтения/записи 16-ти разрядный регистр, скрытая часть недоступна никак, её наличие можно определить только по некоторым косвенным признакам и документации. Содержимое видимой части зависит от режима работы процессора, а вот в скрытой части регистра в обоих режимах находится некоторый аналог дескриптора, полностью описывающий сегмент. Работает это примерно так (для защищённого режима):

• Во время загрузки селектора в сегментный регистр, процессор ищет соответствующий дескриптор (если не находит, выбрасывает исключение) и, после некоторых проверок (опять же, с возможным исключением), загружает этот дескриптор в скрытую часть сегментного регистра.
• В дальнейшем, при использовании сегментного регистра, процессор не обращается к таблицам дескрипторов, а использует данные, сохранённые в скрытой части сегментного регистра.

В результате поиск дескриптора, его чтение, и проверка его корректности выполняется всего один раз, что значительно ускоряет обращения к памяти. Но появляются некоторые побочные эффекты:

• (Документированный) Изменение значения дескриптора в таблице дескрипторов никак не повлияет на свойства сегмента, адресуемого сегментным регистром. Чтобы процессор «заметил» изменения, сегментный регистр надо перезаписать (можно тем же самым значением).
• (Недокументированный) При переключении режимов (в обе стороны) скрытые части сегментных регистров не сбрасываются, то есть в защищённом режиме можно пользоваться сегментными регистрами, сохранившимися из реального режима, и наоборот.

Второй «побочный эффект» нуждается в нескольких комментариях:

• Это не дыра, а особенность архитектуры, без которой переключение режимов было бы невозможно. Потому что между фактическим переключением (сброс/установка флага PE) и перезагрузкой сегментных регистров есть некоторое количество команд, которые находятся в сегменте кода старого режима. Конечно, можно было сделать исключение для CS, а остальные сбрасывать… Но, видимо, не захотели.
• В примере из первой главы в защищённом режиме были использованы сегментные регистры из реального режима. Практической ценности этот трюк не имеет, но несколько упрощает написание примеров.
• Использование в реальном режиме сегментных регистров из защищенного режима имеет огромную практическую ценность: таким образом можно получить в реальном режиме сегмент размером 4 Гб. Эта возможность довольно широко известна (в частности, она упоминается в [Гук 1999] и [Зубков 1999]), чаще всего её называют Unreal Mode (официального названия, естественно, нет). Самое интересное, что после переключения в реальный режим даже перезапись сегментного регистра не приведёт к сбросу его скрытой части и возврату к «нормальным» 64-х килобайтным сегментам. По каким-то причинам при перезаписи процессор меняет только базовый адрес сегмента, оставляя в неприкосновенности его флаги и размер.
• Этот же приём позволяет не только увеличить размер сегментов, но и наоборот, уменьшить их. Правда, после этого стандартные программы реального режима, да и сам MS-DOS, скорее всего, откажутся работать. Особенно ярко это проявляется при уменьшении размера сегмента стека.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Повторюсь, это недокументированная особенность, теоретически поведение процессора может измениться (на данный момент – Pentium 4 – полёт нормальный, всё осталось, как было), поэтому в реальных программах её использования следует избегать.

Дата добавления: 2014-01-20