メモリのセグメント機構について

メモリのセグメント機構について学習したため、そのまとめとしてここに整理する。

セグメントセレクタ

• セグメントを一意に識別するための16bitのフィールド
• 各フィールドの役割
  • RPL (0 ~ 1bit目)
    • Requestor Priviledge Level
    • セグメントセレクタをCSに読み込んださいのCPUの特権レベルを指す
  • TI (2bit目)
    • Table Indicator
    • セグメントディスクリプタがGDTにあるか、またはLDTにあるかを示す
    • GDT = 0, LDT = 1
  • インデックス (3 ~ 15bit目)
    • GDTもしくはLDTにある、セグメントディスクリプタのアドレス

セグメントディスクリプタ

• 8byte長、対応するセグメントの特性を表す
• GDTもしくはLDTに保存される
• Linuxでの主なセグメントディスクリプタの用途
  • コードセグメントディスクリプタ
  • データセグメントディスクリプタ
• 各フィールドの役割
  • リミット (0 ~ 15bit)
    • セグメントの終端メモリアドレス = セグメント長
  • ベース (16 ~ 39bit)
    • セグメント先頭のリニアアドレス
  • タイプ (40 ~ 43bit)
    • セグメントの種類とアクセス権
  • S (44bit)
    • システムフラグ。0ならばLDTなどの重要なデータ、1ならば通常のコードセグメント・データセグメントであることを表す
  • DPL (45 ~ 46bit)
    • Descriptor Priviledge Level
    • セグメントへのアクセスを制限するために使用 (該当セグメントにアクセスするために必要な最低限のCPU権限を表す)
  • 1 (47bit)
  • リミット (48 ~ 51bit)
  • AVL (52bit)
    • オペレーティングシステム用だがLinuxでは使用していない
  • 0 (53bit)
  • D もしくは B (54bit)
    • 該当セグメントがコード用かデータ用かで呼び方が変わる
    • セグメントオフセットが32ビットの場合は1を設定し、16ビットの場合は0を設定する
  • G (55bit)
    • 粒度(Granularity)を表すフラグ
    • セグメント長をバイト単位で表す場合は0、ページ単位の場合は1
  • ベース (56 ~ 63bit)

GDT / LDT

• セグメントディスクリプタの一覧を保存するテーブル
• GDTは通常1つだけ、各プロセスごとにLDTを持つことも可能
• GDTのアドレスとサイズはCPUのgdtrレジスタに保存される
• GDT
  • Global Descriptor Table
• LDT
  • Local Descriptor Table

Linuxにおける主なセグメント

• ユーザーコードセグメント / ユーザーデータセグメント
  • ユーザーモードで動作するコードとデータが配置される
  • __USER_CS・__USER_DSマクロでセグメントセレクタを定義
• カーネルコードセグメント / カーネルデータセグメント
  • カーネルモードで動作するコードとデータが配置される
  • __KERNEL_CS・__KERNEL_DSマクロでセグメントセレクタを配置