Windows保护模式学习笔记（十二）—— 控制寄存器

前言

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控制寄存器

描述：

控制寄存器有五个，分别是：Cr0 Cr1 Cr2 Cr3 Cr4

Cr1：保留
Cr3：页目录表基址

Cr0寄存器

结构图：

PE位：启用保护（Protecction Enable）标志
PE=1：保护模式
PE=0：实地址模式
这个标志仅开启段级保护，而没有启用分页机制
若要启用分页机制，那么PE和PG标志都要置位

PG位：分页机制标志
PG=1：开启了分页机制
PG=0：未开启分页机制
在开启这个标志位之前必须已经或者同时开启PE标志

PG=0且PE=0：处理器工作状态为实地址模式
PG=0且PE=1：处理器工作状态为没有开启分页机制的保护模式
PG=1且PE=0：不存在。在PE没有开启的情况下无法开启PG
PG=1且PE=1：处理器工作状态为开启了分页机制的保护模式

WP位：写保护（Write Proctect）标志
对于Intel 80486或以上的CPU，CR0的16位是写保护标志
当设置该标志时，处理器会禁止超级用户程序（例如特权级0的程序）向用户级只读页面执行写操作

当CPL<3的时候：

1. 如果 WP=0 可以读写任意用户级物理页，只要线性地址有效
2. 如果 WP=1 可以读取任意用户级物理页，但对于只读的物理页，则不能写

Cr2寄存器

描述：

当CPU访问某个无效页面时，会产生缺页异常，此时，CPU会将引起异常的线性地址存放在CR2中

结构图：

举例：

1. 当CPU访问某个物理页，但PDE/PTE的P位为0时，会产生缺页异常
2. 缺页异常一旦发生，CPU会将引起缺页异常的线性地址存储到Cr2中
3. 此时，操作系统的处理程序开始对异常进行处理
4. 若处理结束后，虽然PDE/PTE的P位为0，但实际上它被写进了页面
5. 这时，处理程序会将数据从页面中读出，再挂上一个有效的物理页，让程序接着往下跑
6. 程序往下跑时，操作系统必须要记录程序原先已经跑到了哪里
7. 此时，Cr2便派上了用场，因为产生异常时的线性地址存在了Cr2中
8. 但如果异常处理程序检测到用户访问的页面是一个未分配的页面
9. 这时，操作系统会报告一个异常，告诉我们在哪里发生了错误
10. 若没有Cr2寄存器，当进入异常处理程序时，将找不到回去的线性地址

Cr4寄存器

结构图：

PAE：
PAE=1：2-9-9-12分页
PAE=0：10-10-12分页

PSE：

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注意：关于控制寄存器的更多细节，请参考Intel白皮书第三卷