IA-32架构页故障异常处理与内存管理

"本文档摘自IA-32架构软件开发人员手册第3卷：系统编程指南（中文版-部分），主要讨论了Intel CPU在处理页故障异常时的机制，以及IA-32架构下的内存管理和保护模式的相关内容。" 在Intel的IA-32架构中，CPU在执行过程中可能会遇到页故障异常，这通常是由于尝试访问无效的内存页面、权限违例或使用了保留位。当这种异常发生时，CPU会提供一些关键信息帮助操作系统处理异常。 首先，异常标志会指示异常的类型。P标志表示异常是否由于不存在的页（0）或访问权限问题（1）引起；W/R标志区分异常是由读（0）还是写（1）操作触发的；U/S标志则说明异常是在用户态（1）还是管理态（0）下发生的。此外，RSVD标志用于标记处理器在页目录的保留位中检测到的1，这种情况通常涉及PSE或PAE标志，这些标志在特定的处理器型号中启用扩展内存管理功能。 处理器会将产生异常的32位线性地址存储在CR2寄存器中，供页故障处理程序使用，以便找到对应的页目录表项和页表项。处理程序需要考虑第二次页故障的可能性，因此需要保存CR2寄存器的内容。如果页故障是由于权限问题导致的，处理器会设置页目录表项的访问位，但具体的解释依赖于处理器模型。 异常发生时，保存的指令指针（EIP）和代码段寄存器（CS）的内容通常指向引发异常的指令。如果页故障发生在任务切换期间，CS和EIP可能指向新任务的第一条指令。通常，页故障不会改变进程状态，除非在任务切换中发生，这时可能会导致进程状态的变化。 在IA-32架构中，系统使用段描述符和分页机制来实现保护模式内存管理。段描述符表和页表用于存储内存区域的属性和映射信息。分页机制通过页表和页目录表将逻辑地址转换为物理地址，允许动态内存管理和内存保护。此外，控制寄存器如CR0、CR2、CR3和CR4对内存管理起着核心作用，它们控制着分页、分段和其他系统特性。 这篇文档提供了关于Intel CPU如何处理页故障异常的深入理解，以及IA-32架构中内存管理和保护模式的细节，对于进行系统编程和调试具有重要的参考价值。