IA-32架构：理解页故障处理与内存访问权限

在英特尔IA-32架构的系统编程指南第三卷中，章节详细探讨了处理器异常处理和内存管理机制。该部分着重讲解了页故障处理程序中的关键概念和技术。当遇到页故障（例如，尝试访问不存在的页或违反访问权限）时，处理器会引发异常，并通过CR2寄存器记录出错的32位线性地址。这个地址对页故障处理程序至关重要，因为它指示了出错的页目录表项位置。 异常标志如P（页面不存在）、W/R（读/写访问）、U/S（用户/内核态）和RSVD（保留位）提供了异常原因的详细信息。P标志表明异常是由于不存在的页或访问权限问题，而W/R标志区分了读取或写入操作。U/S标志则表示异常发生时处理器所处的状态。对于处理器如Pentium 4、Intel Xeon和P6系列，RSVD标志可能涉及页目录的保留位，这些标志在某些处理器型号中可用。 在处理页故障时，程序需要保存指令指针（CS和EIP寄存器），它们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，这些寄存器可能指向新任务的指令。通常，页故障异常不会改变进程状态，但处理后可以继续执行。然而，若在任务切换过程中发生页故障，可能会导致进程状态的变化。 章节还涵盖了内存管理的各个方面，包括全局和局部描述符表、系统段和段描述符、任务状态段、中断和异常处理机制，以及内存管理寄存器如GDTR、LDTR、IDTR和TR的用法。此外，控制寄存器如CPUID、调试寄存器、高速缓存管理和处理器控制指令也得到了介绍。对于保护模式下的内存管理，包括不同类型的段（基本平坦、保护平坦和多段模型）、物理地址空间、逻辑地址和线性地址的概念，以及页表和页目录表的使用进行了深入讲解。 在页变（Page Translation）部分，指南讨论了如何通过分页实现虚拟内存，包括页选项的选择，以及如何通过页表和页目录表映射逻辑地址到物理地址，这对于理解现代操作系统内存管理机制至关重要。 这一章节是针对IA-32架构软件开发者的重要参考资料，提供了解决内存访问错误、异常处理和系统内存管理的核心知识，帮助开发者编写高效且安全的系统级程序。