Виртуальное адресное пространство процессора Intel (IA32) в защищенном режиме

Виртуальный адрес (он же логический) в процессорах с 32-х разрядной архитектурой (IA32) – совокупность ВСЕХ возможных адресов вида:

сегментный регистр:смещение

Например, CS:12345678h – виртуальный (логический) адрес

В старой ОФИЦИАЛЬНОЙ документации (1995 г.) такой адрес назывался интеловцами виртуальным, в новой (2002 г.) они дают новое определение – логический, но по сути – это синонимы.

Почему ВИРТУАЛЬНЫЙ? Где здесь виртуальная сущность? Виртуальная сущность в том и состоит, что глядя на нечто вроде 6666h:12345678h НИКОГДА НЕЛЬЗЯ СКАЗАТЬ НАВЕРНЯКА, ОДНОЗНАЧНО, что на самом деле представляют из себя эти два числа. Знакомые с защищенным режимом сразу определят, что это некий адрес, и по левой части (селектору) можно найти число (базу), прибавя к которой правую часть получится некий другой адрес, вообщем, 6666h:12345678h - это некий виртуальный адрес, на самом деле (физически) его и нет вовсе...

Теперь давайте разберемся, каков размер виртуального (логического) адресного пространства процессора. Многие тут же не задумываясь ответят – 4 Гб, потому что так написано во многих книгах, но, однако, внимательный читатель рассылки не будет делать столь скоропалительных выводов.

Итак, рассмотрим правую часть виртуального адреса. Здесь все и так понятно: 2^32 = 4Гб (т.е. правая часть виртуального адреса) может принять 4Гб различных значений.

НО ЕСТЬ ЕЩЕ И ЛЕВАЯ ЧАСТЬ ВИРТУАЛЬНОГО АДРЕСА!!! (о которой, почему то, авторы многих книг забывают).

Здесь самое время всплыть уже давно забытым картинам:



Селектор – это и есть та самая левая часть виртуального адреса.

Избавимся от битов, которые НИКАКИМ БОКОМ НЕ ОТВЕЧАЮТ за адресацию. Это два бита RPL. Некоторые с горяча подмахнт сюда еще и TI, однако этого делать не стоит, т.к. TI – это индикатор таблицы дескрипторов, и он ЕЩЕ КАК отвечает за адрес, который в конце концов вылезет на адресную шину... (но это забегая вперед).

Теперь:

GDT может содержать 8192 дескриптора. LDT может содрежать 8192 дескриптора.

Нулевой дескриптор в GDT – недоступен.

Значит, имеем 8191 - в GDT и 8192 – в LDT.

Всего – 16383 дескрипторов. И каждый – 4Гб. Всего: 16383 * 4Гб = 65532 Гб (64 Тб)

Иначе говоря, виртуальный адрес – НЕ 32-х РАЗРЯДНЫЙ!!!

ОН – 46 РАЗРЯДНЫЙ!!!

2^46 байт = 65536Гб = 64Тб

(но реально, за вычетом нулевого дескриптора из GDT, имеем на 4Гб меньше адресов (65532Гб))

Итог: виртуальное адресное пространство процессора Intel в защищенном режиме составляет 64 терабайта!

Всеобщие заблуждения: 64 терабайтное виртуальное адресное пространство, якобы, получается в Pentium Pro процессорах при исползовании механизма PAE и PSE-36. На самом деле, PSE-36 ЭТО РАСШИРЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО АДРЕСНОГО пространства (причем, всего лишь до 64 Гб), о нем далее, а на ВИРТУАЛЬНОЕ АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО все эти расширения никак не влияют – оно ВСЕГДА = 64 терабайтам.

А теперь внимание вопрос на засыпку: чему, по вашему мнению, равен размер виртуального адресного пространства процессора Intel в РЕАЛЬНОМ РЕЖИМЕ? Ответы мыльте на ящик внизу.

Линейное адресное пространство процессора Intel (IA32) в защищенном режиме

Линейный адрес – это 32-х разрядный адрес, получаемый путем прибавления 32-х разрядного смещения (правая часть виртуального адреса) к базе сегмента. Линейный адрес – ВСЕГДА 32-х разряден. В этом легко убедиться, попытавшись опровергнуть это утверждение. Попробуйте создать сегмент с базой в 4Гб и сделать что то типа jmp селектор_этого_сегмента:2Гб (т.е. фактически должен возникнуть линейный адрес = 4 Гб (база) + 2 Гб (смещение) = 6 Гб). Вместо этого мы получим #GP. Вот и все. Поэтому, ЛИНЕЙНОЕ АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО процессора Intel в защищенном режиме составляет 4 Гб. Физическое адресное пространство процессора Intel (IA32) в защищенном режиме Здесь возможны два варианта: 1. В режиме сегментной адресации физический адрес ВСЕГДА СОВПАДАЕТ с линейным. 2. В режиме сегментно-страничной адресации физический адрес НЕ СОВПАДАЕТ с линейным, а получается путем разбиения линейного адреса на 3 части и путешествия по каталогам и таблицам страниц. По сути, при включенной сегментно-страничной адресации, линейный адрес также таит в себе некую «виртуальную сущность», потому что в принципе может быть представлен в виде X:Y:Z (действительно, он состоит из трех совершенно разных чисел: номера записи в каталоге страниц, номера записи в таблице страниц и смещения в странице), однако не стоит углубляться в такие дебри. Физический адрес – это тот адрес, который процессор ВЫСТАВЛЯЕТ НА АДРЕСНУЮ шину процессора. Вот здесь возникает еще одно заблуждение: многие считают, что физический адрес и адрес в оперативной памяти – это одно и то же. На самом деле, если разобраться, физический адрес – МОЖЕТ соответствовать ячейке оперативной памяти (если она существует), либо НЕ МОЖЕТ (если ячейки по такому адресу не существует). В любом случае, следует помнить, что физический адрес – ЭТО НЕ ЕСТЬ АДРЕС ЯЧЕЙКИ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ, хотя и может совпадать с ним. Например, окончательно сформированный процессором физический адрес равен 678 Мб, он выставляется на адресную шину. А оперативной памяти на машине стоит, предположим, 256 Мб. Вот и ответьте сами себе: является ли ВЫСТАВЛЕННЫЙ физический адрес одновременно адресом ячейки в оперативной памяти? Конечно же нет! Такой ячейки попросту НЕ СУЩЕСТВУЕТ! Другой интересный вопрос – ЧТО ПРОИЗОЙДЕТ в таком случае дальше? Здесь уже все зависит от чипсета материнской платы – процессору либо будет послан сигнал #RESET (что и происходит в 90% случаях), либо он просто получит фиктивные данные. Но это не суть важно – важно, что множество АДРЕСОВ ЯЧЕЕК ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ ВХОДИТ в множество ФИЗИЧЕСКИХ АДРЕСОВ. За бортом остались такие интересные вопросы, как, например: «...А как ОС узнает о размере оперативной памяти, установленной на компьютере? Это число не хранится ни в одной ячейке области данных БИОС». Об этом, надеюсь, мы поговорим в следующих выпусках. К чему я все это веду... Очень часто, в 99% книг, можно встретить такое: «...Виртуальное (линейное) адресное пространство процесса состовляет 4Гб...» В одном предложении – сразу 2 ошибки, причем недопустимые. Первая ошибка – ВИРТУАЛЬНОЕ и ЛИНЕЙНОЕ адресные пространства – взаимосвязаны, но это НЕ ОДНО И ТО ЖЕ! Вторая ошибка: А ЧЕМУ ЖЕ СОБСТВЕННО, РАВНО ВИРТУАЛЬНОЕ АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО ПРОЦЕССА? Действительно ли 4 Гб? Давайте разберемся... Как известно, при создании процесса сегм. регистры загружаются такими значениями: CS = X, DS=SS=FS=GS=ES=Y, т.е. CS отличается от всех остальных (что не удивительно – попробуйте загрузить в сегм. регистр кода селектор сегмента данных или наоборот - #GP гарантировано). Поэтому имеем такую картину: ДВА РАЗНЫХ СЕЛЕКТОРА! Какой вывод мы должны сделать из этого? Может, он покажется шокирующим, но это факт – ВИРТУАЛЬНОЕ АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО ПРОЦЕССА В ОС WINDOWS = 8 Гб !!! А если бы значения в DS, SS, FS, GS, ES также различались??? Ну что ж, тогда виртуальное адресное пространство процесса в ОС Windows составляло бы 24 Гб! А все потому, что мы имеем ДВА РАЗНЫХ СЕЛЕКТОРА, а ведь именно они и учавствуют в ФОРМИРОВАНИИ ВИРТУАЛЬНОГО АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА, оспорить это невозможно... А как же обстоит дело с линейным адресным пространством? Здесь все еще проще: линейное адресное пространство процесса ТЕОРЕТИЧЕСКИ могло бы составлять максимум – 4 Гб, но т.к. верхние 2 Гб ОС Win NT защищены от доступа на уровне СТРАНИЦ, то получается, что ЛИНЕЙНОЕ АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО ПРОЦЕССА В ОС Win NT = 2 Гб. В Win 9x – чуть больше, 3 Гб. Еще заблуждения: во многих книгах можно прочитать что то типа: «...считать данные из страницы», или «сбросить страницу в файл подкачки». Это некорректно. На самом деле, страница – это блок линейного адресного пространства. Страница НЕ МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ДАННЫЕ. Данные содержатся в СТРАНИЧНОМ ФРЕЙМЕ (страничный фрейм – это блок физического адресного пространства). Т.е. нужно говорить «считать данные из страничного фрейма». Таких тонкостей и неоднозначностей – море. Только до конца разобравшийся в них может по праву считаться специалистом. «Достигнуть» всего вышеизложенного помог один из подписчиков, уважаемый Дмитрий Наумов, за что ему выражается особая благодарность. Было бы очень недурно, если бы и вы, уважаемые подписчики, включились в эту дискуссию, привнесли свое понятие и развили бы эту тему дальше, т.к. она исключительно важна и почему то еще более исключительно затуманена в литературе... wasm.ru – сайт, посвященный программированию на ассемблере под Win, много инструментов и статей. Есть своя рассылка, мощный форум и прекрасно отлаженная команда разработчиков :). rusfaq.ru- задай любой вопрос по асму (и не только...), и тебе ответят, как полагается. © Broken Sword, 2002 - Рассылка © Igoryk, 2002 - Дизайн