Play with JOS (0x13): i386的内存管理模式

i386的内存管理模式包括两种，即实模式与保护模式。

选择子（Selector）
段寄存器CS，SS，DS，ES，FS与GS的值均叫做选择子(selector)。CS的值为代码段的地址，而EIP为下一条指令对于CS的值的偏移位置。段间转换控制如calls, jumps, returns, 中断与异常等通过修改CS的值来实现。SS为栈指针，而DS，ES，FS和GS可指向四个不同的数据段。

在实模式下，段寄存器的值为20-bit的高16-bit值。而在保护模式下，它的值为一个各描述符为64-bit的描述符表(descriptor)的索引。通过selector找到该表对应项的值，该项包括一个32-bit的地址，以及其它一些如权限之类的信息。这个地址即为基地址，所有的虚拟地址加上这个值将得到线性地址。此时如果分页机制没有打开，则该线性地址也就是物理地址，否则需要通过分页转换去得到最终的物理地址。

描述符（Descriptors）
所有的描述符均为8字节，位于其相应描述符表内。段描述符描述了相应段的属性，如段的起始位置，大小，类型以及访问权限等。

描述符表
共有三种：GDT，LDT，IDT。GDT包含8191项（GDT0保留），可被所有的task访问；LDT包含8192项，仅能被某个对应的task访问。IDT包括256项gates。每个中断对应的中断号即为IDT的索引，通过查找IDT可得到对于的中断处理函数的地址。


Selectors
选择子为段寄存器的内容，包括3部分：Index, TI, RPL. Index指定了描述符项，13bit的大小正好对应8192个描述符项；TI指定是LDT（TI＝1）还是GDT。RPL用于保护模式。

一般保护性错误interrupt 13
当应用程序试图破坏段寄存器内容设定的权限时，会发生该错误。通常如下企图会导致该错误：
写只读的段；读不可读的段，写代码段

栈错误interrupt 12
由于往栈内压入值时，栈会增长，当它到达描述符中的Limit值时，就会发生该错误

特权级检测
一共有三个与特权相关的数据结构：
CPL：CS寄存器中的最后两位，为当前运行时代码的权限
DPL：描述符中的特权级
RPL：selector中的最后两位，代表创建该selector的代码的权限

高权限级别的代码可以访问代权限级别的数据段，而由于每个特权级别都有一个对应的栈，所以只有同级别的selector可以load到相应的段寄存器（SS）中。

当用CALL，JMP，RET，INT和IRET等切换代码的执行时，目标selector必须为：
1。另外一个代码段
2。一个gate（call，interrupt 或者 trap）
3。任务状态段（一个新的任务）


线性地址到物理地址的转换：
用线性地址的最高10位为索引，在CR3所指向的页目录表中找到对应的目录项（即页表）。以线性地址的中间10位为索引，在页表中找到对应的页面地址。将该20位地址与线性地址中低12位组合即为最终的物理地址。

任务gate描述符和中断以及陷阱gate描述符几乎一样，除了type域为00101不一致。都保存在GDT中。

TR（任务寄存器）通过其内容为16bit的Selector指向GDT中的TSS描述符，从而可以实现任务的切换。