如何構造棧段描述符

本文要討論的是：對于x86保護模式（32位），已知棧空間的起始地址和結束地址，如何定義棧段描述符？ESP的初始為多少？

為了簡化問題，設定約束條件如下：
1. 棧段向下擴展
2. B=1
3. G=1
4. 分頁機制關閉

問題分析：數據段描述符的格式如下

如果你不懂各個字段的含義，可以參考我的博文：
數據段描述符和代碼段描述符（一）——《x86匯編語言：從實模式到保護模式》讀書筆記10

根據約束條件，G=1，B=1，AVL可以設為0，P=1，DPL根據需要來設置，TYPE=0x06(可讀可寫，向下擴展)；所以問題簡化為求基地址和段限長，只要算出這兩個字段，就可以順利構造出棧段描述符。

假設我們已經有一片連續的物理內存，要把這段內存作為棧空間。設最低端的物理地址為LA，最高端的物理地址為HA，且棧空間大小為SIZE;如下圖所示：

設有效界限（Effect Limit）為EL;有效偏移（Valid Offset）為VO;
根據《Intel Architecture Software Developer’s Manual Volume 3:System Programming》第4.3節的說明（請注意黃色的字）：

于是，可以知道VO的范圍：

因為基地址加上偏移值才是實際的物理地址，假設描述符中的基地址為BA,那么可以得出：

（3）式減去（2）式得到：

又根據棧空間的大小為SIZE，可得出：

把（5）代入（4）式，消去HA-LA,得到：

也就是說，知道了棧空間的大小SIZE,就能算出EL；

把（5）式代入（3）式，消去HA得到：

因為是32位的處理器，所以

把（8）式代入（7）式得：

也就是說，段描述符中的基地址BA等于棧空間的最低端地址LA加上棧空間的大小。

通過上面的推導，我們得出2個重要的公式：

但是，棧段描述符中填寫的界限值（這里用limit表示），并非是（6）式中的EL;當G=1（粒度為4KB）時，limit和EL的關系為：

當棧空間的大小是4KB的整數倍時，我們可以設

把（10）和（11）式代入（6）式，消去EL和SIZE,得

于是，我們知道描述符中的界限值該如何計算。

到這里，本文還沒有結束，我們還要推導ESP的初始值（用ESP_INIT表示）。
第一次壓棧的時候，比如

push eax

首先，ESP的值減去4，然后把EAX的值寫入偏移為[0xFFFF_FFFC,0xFFFF_FFFF]這四個單元。所以：

最后，重復我們的結論：

【end】

總結

以上是生活随笔為你收集整理的如何构造栈段描述符的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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