段機制輕鬆體驗
內存尋址：
實模式下的內存尋址：
讓我們首先來回顧實模式下的尋址方式
段首地址×16＋偏移量 ＝ 物理地址
爲 什麼要×16？因爲在8086CPU中，地址線是20位，但寄存器是16位的，最高尋址64KB，它無法尋址到1M內存。於是，Intel設計了這種尋址 方式，先縮小4位成16位放入到段寄存器，用到時候，再將其擴大到20位，這也造成了段的首地址必須是16的倍數的限制。
公式：xxxx:yyyy
保護模式下分段機制的內存尋址：
分段機制是利用一個稱作段選擇符的偏移量，從而到描述符表找到需要的段描述符，而這個段描述符中就存放着真正的段的物理首地址，再加上偏移量
一段話，出現了三個新名詞：
段選擇子
描述符表
段描述符
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我們現在可以這樣來理解這段話：
有一個結構體類型，它有三個成員變量：
段物理首地址
段界限
段屬性
內存中，維護一個該結構體類型的數組。
而分段機制就是利用一個索引，找到該數組對應的結構體，從而得到段的物理首地址，然後加上偏移量，得到真正的物理地址。
公式：xxxx:yyyyyyyy
其中，xxxx也就是索引，yyyyyyyy是偏移量（因爲32位寄存器，所以8個16進制）xxxx存放在段寄存器中。
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現在，我們來到過來分析一下那三個新名詞：
段描述符：一個結構體，它有三個成員變量：
段物理首地址
段界限
段屬性
描述符表：也就是一個數組，什麼樣的數組呢？是一個段描述符組成的數組。
段選擇子： 也就是數組的索引，但這時候的索引不在是高級語言中數組的下標，而是我們將要找的那個段描述符相對於數組首地址（也就是全局描述表的首地址）偏移位置。
就這麼簡單，如圖：
圖中，通過Selector（段選擇子）找到存儲在Descriptor Table（描述符表）中某個Descriptor（段描述符），該段描述符中存放有該段的物理首地址，所以就可以找到內存中真正的物理段首地址Segment
Offset（偏移量）：就是相對該段的偏移量
物理首地址 ＋ 偏移量 就得到了物理地址 本圖就是DATA
但這時，心細的朋友就發現了一個GDTR這個傢伙還沒有提到!
我們來看一下什麼是GDTR
Global Descriptor Table Register（全局描述符表寄存器）
但是這個寄存器有什麼用呢 ？
大家想一下，段描述符表現在是存放在內存中，那CPU是如何知道它在哪裏呢？所以，Iterl公司設計了一個全局描述符表寄存器，專門用來存放段描述符表的首地址，以便找到內存中段描述符表。
這時，段描述符表地址被存到GDTR寄存器中了。
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好了，分析就到這，我們來看一下正式的定義：
當x86 CPU 工作在保護模式時，可以使用全部32根地址線訪問4GB的內存，因爲80386的所有通用寄存器都是32位的，所以用任何一個通用寄存器來間接尋址，不比分段就可以訪問4G空間中任意的內存地址。
但 這並不意味着，此時段寄存器就不再有用了。實際上，段寄存器更加有用了，雖然再尋址上沒有分段的限制了，但在保護模式下，一個地址空間是否可以被寫入，可 以被多少優先級的代碼寫入，是不是允許執行等等涉及保護的問題就出來了。要解決這些問題，必須對一個地址空間定義一些安全上的屬性。段寄存器這時就派上了 用場。但是設計屬性和保護模式下段的參數，要表示的信息太多了，要用64位長的數據才能表示。我們把着64位的屬性數據叫做段描述符，上面說過，它包含3 個變量：
段物理首地址、段界限、段屬性
80386的段寄存器是16位（注意：通用寄存器在保護模式下都是32位，但段寄存器沒有被改 變）的，無法放下保護模式下64位的段描述符。如何解決這個問題呢？方法是把所有段的段描述符順序存放在內存中的指定位置，組成一個段描述符表 （Descriptor Table）；而段寄存器中的16位用來做索引信息，這時，段寄存器中的信息不再是段地址了，而是段選擇子（Selector）。可以通過它在段描述符表 中“選擇”一個項目已得到段的全部信息。
那麼段描述符表存放在哪裏呢？80386引入了兩個新的寄存器來管理段描述符，就是GDTR和LDTR，（LDTR大家先忘記它，隨着學習的深入，我們會在以後學習）。
這樣，用以下幾步來總體體驗下保護模式下尋址的機制
1、段寄存器中存放段選擇子Selector
2、GDTR中存放着段描述符表的首地址
3、通過選擇子根據GDTR中的首地址，就能找到對應的段描述符
4、段描述符中有段的物理首地址，就得到段在內存中的首地址
5、加上偏移量，就找到在這個段中存放的數據的真正物理地址。
好的，那我們開始編碼，看看如何實現先前描述的內容
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首先，既然我們需要一個數組，全局描述符表，那我們就定義一塊連續的結構體：
[SECTION .gdt] ;爲了代碼可讀性，我們將這個數組放到一個節中
；由一塊連續的地址組成的，不就是一個數組嗎？看下面代碼，^_^
段基地址 段界限 段屬性
GDT_BEGIN: Descriptor 0, 0, 0
GDT_CODE32: Descriptor 0, 0, DA_C
;上面，我定義了二個連續地址的結構體，大家先認爲Descriptor就是一個結構體類型，我們會在以後詳細講述
；第一個結構體，全部是0，是爲了遵循Interl規範，先記得就OK
；第二個定義了一個代碼段，段基地址和段界限我們暫且還不知道，先初始化爲0，但是因爲是個代碼段，代碼段具備執行的屬性，那麼DA_C就代表是一個可執行代碼段，DA_C是一個預先定義好的常量，我們會在詳細講解段描述符中講解。
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我們繼續來實現，那麼下面，我們就需要設計段選擇子了，因爲上面代碼已經包含了段描述符和全局描述符表
還記得選擇子是個什麼東西嗎 ？
段選擇子： 也就是數組的索引，但這時候的索引不在是高級語言中數組的下標，而是我們將要找的那個段描述符相對於數組首地址（也就是全局描述表的首地址）偏移位置。
看我代碼怎麼實現，包含以上代碼不再說明:
[SECTION .gdt]
GDT_BEGIN: Descriptor 0, 0, 0
GDT_CODE32: Descriptor 0, 0, DA_C
;下面是定義代碼段選擇子，它就是相對數組首地址的偏移量
SelectorCode32 equ GDT_CODE32 - GDT_BEGIN
;因爲第一個段描述符，不被使用，所以就不比設置段選擇子了。
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偏移地址：
注意一點，我們在程序中使用的都是偏移地址，相對於段的偏移地址，用上面的例子來說，象 GDT_CODE32 GDT_BEGIN 這些結構體的首地址都是相對於數據段的偏移量。什麼意思呢
？
因爲我們的程序到底加載到內存的哪個地方是不固定，不知道的，只需使用偏移地址操作就行了，如：
SelectorCode32 ，它本身就是一個偏移地址
但是SelectorCode32 equ GDT_CODE32 - GDT_BEGIN
怎麼解釋呢 ？
GDT_CODE32是相對於數據段的偏移量，
GDT_BEGIN也是相對於數據段的偏移量，雖然它是數組的首地址，說的羅索一些，GDT_BEGIN是數組的首地址（用數組的概念來理解頁不錯哦可以看作數組下標0），但是它是相對於數據段的偏移量
那麼兩個偏移量相減就是GDT_CODE32 相對於GDT_BEGIN的偏移量 (這個記住就行了，同時也是兩個偏移量的長度)
舉個例子：0 1 2 3，一個偏移0表示佔據 0這個地址，一個偏移3表示佔據3這個地址（談偏移要把前面要偏移的那個參照物拿掉，去掉要偏移的參照物（其實就可以數學表示成減前一個偏移參照物），剩下的就是偏移量），3這個地址相對與0這個地址的偏移量是把0這個地址先起掉後再算。（再結合數組來理解就可以了）
所以，我們要時時刻刻記得，在程序中，我們永遠使用的是偏移量，因爲我們不知道程序將要被加載內存那塊地方。
好了，基礎也學的差不多了，下面我們要自己動手寫一段程序，實現實模式到保護模式之間的跳轉
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;實現從實模式到保護模式之間的跳轉
；參考：《自己動手寫操作系統》
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%include "pm.inc"
org 0100h
jmp LABEL_BEGIN
[SECTION .gdt]
GDT_BEGIN: Descriptor 0, 0, 0
GDT_CODE32: Descriptor 0, LenOfCode32 - 1, DA_C + DA_32 //程序段描述符的基地址首先置位0，以後還要重置爲32位程序段物理首地址
GDT_VIDEO: Descriptor 0B8000H, 0FFFFH, DA_DRW //這個32位程序段的物理首地址是在實模式下計算得到的。
GdtLen equ $ - GDT_BEGIN //長度=偏移量1---偏移量2 。如偏移4-偏移2得到長度爲2 。 $表示當前的偏移量
GdtPtr dw GdtLen - 1 //定義了一個Gdtptr的數據結構，低16位dw部分爲位段界限，高32位爲0，一共48位，高32位以後還要重置
dd 0 //0，1爲低16位，高32位是從2開始，所以GdtPtr+2。高32位應該放GDT的物理地址
;定義段選擇子
SelectorCode32 equ GDT_CODE32 - GDT_BEGIN
SelectorVideo equ GDT_VIDEO - GDT_BEGIN
[SECTION .main]
[BITS 16]
LABEL_BEGIN:
mov ax, cs
mov ds, ax //這個ds es ss等於cs 表示代碼段和數據段在同一個街道上，只是偏移量不一樣。
mov es, ax
mov ss, ax //段寄存器就相當於街道號，偏移量就相當於門牌號。只有兩者組合起來才能形成真正的物理地址。
//看到段寄存器就應該想象成街道號，看到偏移量就應該想象成門牌號
//如果代碼中只出現偏移量，實際上也是和操作系統所默認的這個偏移量的段寄存器（只是代碼沒有顯式給出而已）一起組成物理地址，（如ip它默認的段寄存 器就是cs），代碼也可以顯式給出段寄存器和偏移量，這個時候的段寄存器就不一定是這個偏移量所默認的段寄存器。
1、初始化32位代碼段描述符的段基址
;我們可以在實模式下通過段寄存器×16 ＋ 偏移兩 得到物理地址，
;那麼，我們就可以將這個物理地址放到段描述符中，以供保護模式下使用，
;因爲保護模式下只能通過段選擇子 ＋ 偏移量
xor eax, eax
mov ax, cs
shl eax, 4
add eax, LABEL_CODE32
mov word [GDT_CODE32 + 2],ax // 物理地址的ax放在段基址 2，3
shr eax, 16
mov byte [GDT_CODE32 + 4],al
mov byte [GDT_CODE32 + 7],ah
2、得到段描述符表的物理地址，並將其放到GdtPtr中
xor eax, eax
mov ax, ds // GDT的段地址爲數據寄存器DS,
shl eax, 4
add eax, GDT_BEGIN //DS加上偏移量GDT_BEGIN就是GDT的物理地址
mov dword [GdtPtr + 2],eax //dword 表示是雙字所以爲32位，eax也是32位啊。
;加載到gdtr,因爲現在段描述符表在內存中，我們必須要讓CPU知道段描述符 表在哪個位置
;通過使用lgdtr就可以將源加載到gdtr寄存器中
lgdt [GdtPtr]
3、關中斷
cli
4、打開A20線
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al
5、準備切換到保護模式，設置PE爲1
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
;現在已經處在保護模式分段機制下，所以尋址必須使用段選擇子：偏移量來 尋址
6、跳轉到32位代碼段中
;因爲此時偏移量位32位，所以必須dword告訴編譯器，不然，編譯器將編譯成16位
jmp dword SelectorCode32:0;跳轉到32位代碼段第一條指令開始執行
[SECTION .code32]
[BITS 32]
LABEL_CODE32:
mov ax, SelectorVideo
mov es, ax
xor edi, edi
mov edi, (80 * 10 + 10)
mov ah, 0ch
mov al, 'G'
mov [es:edi],ax
jmp $
LenOfCode32 equ $ - LABEL_CODE32
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這段代碼的大概意思是：
先 在16位代碼段，實模式下運行，在實模式下，通過段寄存器×16+偏移量得到32位代碼的真正物理首地址，並將放入到段描述符表中，以供在保護模式下使 用，上面說過了，保護模式下尋址，是通過段選擇子，段描述符表，段描述符一起工作尋址的。所以在實模式下所做的工作就是初始化段描述符表裏的所有段描述 符。
我們來看一下段描述符表，它有3個段描述符：
GDT_BEGIN
GDT_CODE32
GDT_VIDEO
GDT_BEGIN,遵循Intel公司規定，全部置0
GDT_CODE32,32位代碼段描述符，供保護模式下使用
GDT_VIDEO,顯存段首地址，我們知道，顯存首地址是0B8000H.
回想一下，我們在實模式下往顯示器上輸出文字時，我們設置段寄存器爲
0B800h,（注意後面比真正物理地址少一個0）。
而我們現在在保護模式下訪問顯存，那麼0B8000h就可以直接放到段描述符中即可。因爲段描述符中存放的是段的真正的物理地址。
下面我們來逐行分析該代碼
org 0100h
這句話告訴加載器，將這段程序加載到偏移段首地址0100h處，即：偏移256字節處，爲什麼要加載到偏移256個字節處呢 ？
這是因爲，在DOS中，需要留下256個字節和DOS系統進行通信。
jmp LABEL_BEGIN
執行這句話就跳轉到LABEL_BEGIN處開始執行。
好，我們看一下LABEL_BEGIN在那塊，也就是16位代碼段
[SECTION .main]
[BITS 16]
LABEL_BEGIN: （意味着運行在實模式）
這樣程序就從.main節的第一段代碼開始執行。
我們看一下上面的代碼，[BITS 16]告訴編譯器，這是一個16位代碼段，所使用的寄存器都是16位寄存器。
該代碼段初始化所有段描述符表中的段物理首地址
首先在實模式下計算出32位代碼段的物理首地址
對照 段值 × 16 ＋ 偏移量 ＝ 物理地址
1 mov ax, cs //
2 shl eax, 4 ;向左移動4位，不就是×16嗎？呵呵 // CS存儲着有操作體統分配的代碼段值，段值*16 得到代碼段的物理首地址(注意這是在實模 式下)
；到現在爲止，eax就是代碼段的物理首地址了，那麼。。。看
3 add eax, LABEL_CODE32 // 所有的諸如LABEL_CODE32：這樣的都表示是偏移量，因爲物理首地址的段值是由操作系統分配的。
;爲eax （代碼段首地址）加上 LABEL_CODE32偏移量，得到的不就是LABEL_CODE32的真正物理地址了嗎 ？
上面說過，代碼中，使用的變量，或者標籤 都是相對程序物理首地址的偏移量。如：LABEL_CODE32 這個標籤就是相對程序物理首地址的偏移量。
OK，現在我們已經知道了32位代碼段的物理首地址，那麼將eax放入到段描述符中就行了
我們先假設Descriptor就是一個結構體類型，（實際它是一個宏定義的數據結構，爲了不影響整體思路，我們放到以後講）
看一下這個Descriptor段描述符的內存模型：
; 高地址………………………………………………………………………低地址
; | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
共 8 字節
; |--------========--------========--------========--------========|
; ┏━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━┓
; ┃31..24┃ 段屬性 ┃ 段基址(23..0) ┃ 段界限(15..0)┃
; ┃ ┃ ┃ | ┃ ┃
; ┃ 基址2┃ ┃基址1b│ 基址1a ┃ 段界限1 ┃
; ┣━━━╋━━━┳━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━┫
; ┃ %6 ┃ %5 ┃ %4 ┃ %3 ┃ %2 ┃ %1 ┃
; ┗━━━┻━━━┻━━━┻━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━┛
由於歷史原因，段描述符的內存排列不是按照 段基地址 段界限 段屬性 這樣的來排列的，所以我們現在要想一種辦法，把eax裏所存放的物理首地址拆開，分別放到2,3,4,7字節處
那麼很顯然，我們可以將eax寄存器中的ax先放到2,3字節處
mov word [GDT_CODE32 + 2],ax // 這種內存訪問方式也是很常見的，首地址爲數據寄存器提供（這裏數據寄存器等於代碼寄存器），GDT_CODE32爲偏移量，再加2
因爲在偏移2個字節處，所以，首地址 + 2,才能定位到下標爲2的字節開頭處
而，word 告訴編譯器，我要一次訪問2個字節的內存
好，簡單的搞定了，那麼再看，我們現在要將eax高16字節分別放到下標爲4,7字節處。
雖然eax的ax代表低16位，但是Intel並沒有給高位一個名字定義，（不會是high ax，呵呵），所以，我們沒有辦法去訪問高位。但是我們可以將高16位放到低16位中，因爲這時，低16位我們已經不關心它的值了。
好，看代碼
shr eax, 16
這句代碼就將eax向右移動16位，低位被拋棄，高位變成了低位。呵呵。。。
現在好辦了，低16位又可以分爲al,和 ah，那麼現在我們就將al放到4位置，ah放到7位置吧
mov byte [GDT_CODE32 + 4], AL
mov byte [GDT_CODE32 + 7], AH
不用我再解釋這段代碼了，自己去分析爲什麼吧。。。。
//上面程序的功能是把32位程序段的物理首地址放到程序段描述符的段基址中,以便跳轉到保護模式時，可以使用選擇子選用程序段描述符，從而得到32位程序段的物理首地址。
好了，32位代碼段描述符設置好了，其界限設置看代碼吧，爲什麼要那樣設置，很簡單的，界限 ＝ 長度 － 1，段屬性:
DA_C: 98h 可執行
DA_32: 4000h 32位代碼段
是個常量，換算成二進制位，對照段描述符屬性位置去看吧，參考任意一本保護模式書。
段描述符設置好了，但是，這段描述符表，還在內存中，我們必須想辦法放到寄存器中，這時，就用到了gdtr(Golbal Descriptor Table Register)，使用一條指令
lgdtr [GdtPtr]
就可以將GdtPtr加載到gdtr中
而gdtr的內存模型是：
高字節 低字節
但GdtPtr是什麼呢 ？
就是我們定義的和這個寄存器內存模型一摸一樣的結構體:
GdtLen equ $ - LABEL_BEGIN
GdtPtr dw GdtLen - 1 ；界限
dd 0 ；真正物理地址
那現在我們就要計算GdtPtr第二個字節 也就是真正物理地址了
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, GDT_BEGIN
mov dword [GdtPtr + 2],eax // dword表示爲32位
自己分析吧，和計算32位段首地址基本一樣的，
搞定後，使用lgdt [GdtPtr]就將此加載到寄存器GDTR中了
然後關中斷
cli 實模式下的中斷和保護模式下的中斷處理不一樣，那就關吧，規矩
開啓A20線
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al
如果不開啓A20線，就無辦法訪問1M之上的內存，沒辦法，開啓吧，規矩，想知道歷史了，去查吧
然後設置CR0的PE位
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
這個簡單說一下，以後再詳細
CR0也是一個寄存器，其中有個PE位，如果爲0，就說明爲實模式，
如果置1，說明爲保護模式。現在我們要進入保護模式下工作，那麼就要設置PE爲1。
好了，看一下這個main節中的最後一個代碼
jmp dword SelectorCode32 : 0
哈哈，現在已經再保護模式下了，當然要使用段選擇子 ＋ 偏移量來尋址啊，這樣不就是尋址到了32位代碼段中去了嗎，偏移量爲0不就說明從第一個代碼開始執行。
不是嗎 ？呵呵，那dword了？
因爲現在的代碼段是16位，編譯器只能將它編譯位16位，但處於保護模式下，它的偏移量應該是32位，所以，要顯示告訴編譯器，我這裏使用的是32位，把我這塊給編譯成32位的！！！
如果不加dword，
jmp SelectorCode32:0
這句話不會出什麼問題，16位的0是0，32位的0還是0，但如果這樣呢？：
jmp SelectorCode32:0x12345678
跳轉到偏移0x12345678中，這時就錯了
如果不將dword,編譯器就將該地址截斷成16位，取低位，變成了0x5678
你說對嗎 ？哈哈
所以我們必須這樣做：
jmp dword SelectorCodde32:0x12345678
OKEY,我們繼續追擊，執行完上面那個跳轉後，
代碼就跳到了32位代碼段的中，開始執行第一條指令
mov ax, SelectorVideo
再看
mov es,ax //現在已經在保護模式下，通過選擇子找到顯存的基址放
呵呵，實模式下，放的是16位的段值，而現在呢，不就是要將段選擇子放到段寄存器裏嗎 ？然後通過段選擇子（偏移量）找到描述符表中對應的段描述符的嗎 ！！！！
繼續看下面代碼
xor edi, edi
mov edi, (80 * 10 + 10)
mov ah, 0ch
mov al, 'G'
跟實模式下差不多，設置目標10行10列
設置現實字符：G
mov [es:edi],ax
也和實模式下一樣，
只不過實模式是這樣來尋址 ：
es×16 ＋ edi
而保護模式下呢
es是一個偏移，根據這個偏移找到段描述符表中的對應顯存段，然後這個顯存段裏存放的就是0B8000h，然後在加上偏移 不就的了嗎！！！
哈哈 。。。。程序分析完畢，細節之處，自己體會去
總結：
1. 注意程序中使用的全部是偏移地址。注意兩種偏移地址
A 對於程序的起始地址來說，所有變量和標籤都是相對於整個程序的偏移量
B 對於段中定義的代碼，有兩種偏移：
相對於程序起始地址的偏移
相對於段標籤的偏移。
2.不管是實模式下的物理地址，還是保護模式下的物理地址，反正他們都是物理地址，呵呵，實模式下求的物理地址，也能在保護模式下使用，只是他們不同的是，如何尋址的方式不一樣。
3.一個程序中可以包含多個不同位的段，32位或者16位，他們之間也可以互相跳轉，只是32位段用的是32位寄存器，16位代碼段用的是16位寄存器，如果要在16位段下使用32位寄存器，必須象高級語言中強制類型轉換一樣，顯示的定義 dword
參考： 《自動動手寫操作系統》
《Undocument Windows 2000 Secrets》
《Linux 內核完全剖析》