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编程问答

[保护模式]非PAE模式

發布時間：2025/3/21 编程问答 18 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 [保护模式]非PAE模式小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

文章目錄

- 非PAE 非物理地址擴展
- - 線性地址有效地址物理地址
  - CR3
  - PDE/PTE
  - 物理頁的屬性
- 通過線性地址訪問PDT和PTT
- - 指向PDT的線性地址 0xC0300000
  - - 總結
  - 指向PTT的線性地址 0xC0000000/C0001000
  - - 總結
  - 訪問PDT與PTT公式總結

非PAE 非物理地址擴展

線性地址有效地址物理地址

如下指令：

mov eax,dword ptr ds:[0x12345678]

這個地址如果想訪問成功，首先取決于段機制，看當前的環境能否通過段權限檢查以及是否超過limit限制等等。其次，取決于頁機制。

其中，0x12345678是有效地址
ds.base+0x12345678是線性地址
線性地址也不是真正的地址，還有一個地址被稱為物理地址

CPU會通過這個線性地址作為一個目錄，去索引物理地址。問題在于A進程有一個地址0x12345678，B進程也有一個地址0x12345678。那么CPU通過什么去分別找到這兩個相同內存地址的不同的物理地址呢？答案是頁目錄基址。

CR3

每個進程都有一個CR3寄存器，保存頁目錄基址。這個基址是物理地址。CR3指向一個物理頁，一共4096字節，如圖：

PDE/PTE

CR3寄存器保存的物理地址指向頁目錄表PDT，里面的每一個成員叫PDE。頁目錄表大小為4KB，每個成員為4個字節。
每一個PDE又指向頁表PTT，里面的每一個成員叫PTE。頁表大小為4KB，每個成員為4個字節。
每一個PTE都指向物理頁，每個物理頁大小為4096個字節
PDE與PTE都是4個字節(32位)，前20位是物理地址，后12位是屬性
PTE可以沒有物理頁，也可以指向物理頁，但只能對應一個物理頁
多個PTE可以指向同一個物理頁
每一個線性地址都會經過一個PDE和PTE最終指向一個物理頁，這個物理頁能不能讀寫取決于經過的PDT和PTE的后12位

物理頁的屬性

物理頁的屬性由PDE和PTE共同決定
P：是否有效
R/W：是否可讀可寫，0代表只讀，1代表可讀可寫
U/S：U/S=0 物理頁只允許特權用戶訪問；U/S=1 物理頁普通用戶也能訪問。高2G以上的內存只有內核才能訪問的原因是U/S位設置的問題，如果將內核的某個頁設置為1，就可以在R3進行訪問了
A：是否被訪問過，訪問過設置為1。即使只訪問一個字節也會導致PDE和PTE置1
D：是否被寫過；0沒有被寫過，1被寫過
PS：只對PDE有意義，PS==PageSize的意思。當PS==1的時候PDE直接指向物理頁，無PTE，低22位是頁內偏移。此時，線性地址只能拆成兩段：大小為4MB，俗稱大頁
9-11位：當P位為0時，CPU會產生缺頁異常，此時這兩位標識了該線性地址是否有效，也標識了該線性地址對應的物理內存所在

通過線性地址訪問PDT和PTT

指向PDT的線性地址 0xC0300000

現在問題來了，如果我們想訪問0這個地址，那么就必須找到PDT和PTT，而CR3里面保存的PDT是物理地址，提供給CPU使用的，代碼只能訪問線性地址。

如何解決這個問題呢？有一個線性地址，指向的是PDT，這個地址就是0xC0300000，下面對這個地址進行拆分

0xC0300000 #二進制為： 1100 0000 0011 0000 0000 0000 0000 0000 #拆成10:10:12 1100 0000 00------>0x300*4=C00 11 0000 0000------>0x300*4=C00 0000 0000 0000

將這個線性地址拆分之后，找到的對應的物理頁就是CR3保存的頁目錄PDT基址所在的物理頁。那就意味著我們可以直接通過這個線性地址去修改PDT。

**結論：**C0300000存儲的值就是PDT，如果我們要訪問第N個PDE，那么有如下公式：

0xC0300000+N*4

總結

通過0xC0300000找到的物理頁就是頁目錄表

這個物理頁既是頁目錄表本身也是頁表

頁目錄表是一張特殊的頁表，每一項PTE指向的不是普通的物理頁，而是指向其他的頁表

指向PTT的線性地址 0xC0000000/C0001000

也就是說通過0xC0300000這個線性地址可以任意修改頁目錄表，但如果我們要設置某個線性地址PDE和PTE那么還要能夠訪問PTT，如何訪問呢？

答案是通過這兩個線性地址：0xC0000000/C0001000。

通過拆分可以知道，訪問0xC0000000這個地址就等于是訪問第一個PTT表；訪問C0001000這個地址就等于是訪問第二個PTT表。兩個地址之間相差0x1000。如果想訪問第三個PTT表的話以此類推。

總結

頁表被映射到了從0xC0000000到0xC03FFFFF的4M空間

在這1024個表中有一張特殊的表：頁目錄表

頁目錄表被映射到了0xC0300000開始處的4K地址空間

訪問PDT與PTT公式總結

PDI：頁目錄表索引

PTI：頁表索引

訪問頁目錄表的公式：0xC0300000+PDI*4

訪問頁表的公式：0xC0000000+PDI*4096+PTI*4
與PTT公式總結