Win32基础知识3
让编程改变世界
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Windows的内存管理机制
在这一节中，我们需要通过学习解决两大疑问：
Win32汇编中，每个程序都可以用4GB的内存吗？ Win32汇编源代码中为什么看不到CS, DS, ES 和 SS 等段寄存器的使用？DOS操作系统的内存安排
Win32编程相对于 DOS编程最大的区别之一就是内存的使用问题。 先来回顾一下DOS操作系统的内存使用，DOS操作系统运行于实模式中，内存安排如图： [caption id="attachment_529" align="aligncenter" width="276"]
DOS 操作系统的内存安排[/caption]
我们看到，由于8086处理器的寻址范围只有可怜的1 MB 大小，当时系统硬件使用的存储器地址被安排在高端。
地址是从A0000h（即640 KB）开始的384 KB中，其中有用于显示的视频缓冲区和BIOS的地址空间。
而在内存低端，安排了中断向量表和BIOS数据区。
剩下从500h开始到A0000h总共不到640KB的内存是操作系统和应用程序所能够使用的。
应用程序不可能使用这640 KB以外的内存。
这就是著名的“640KB限制”。
而即使在这640KB中，DOS操作系统又占领了低端的一部分内存，最后剩下600KB左右的内存才是应用程序真正可以用的。
如果系统中有内存驻留程序存在，那么应用程序还要和这些TSR程序共同分享这段内存空间。
注释：TSR 即（Terminate and Stay Resident）原意是停止并驻留，指的是内存驻留程序。
80386的内存寻址机制
Windows的内存管理和DOS的内存管理有很大的不同，在了解Windows的内存管理模式之前，需要对80386保护模式下内存分页机制有所了解。 为了做个对比，先来看实模式下的内存寻址方式：在实模式下，一个完整的地址由段地址和偏移地址两部分组成。 处理器换算时先将段地址乘以10h，得到段在物理内存中的起始地址，然后加上16位的偏移地址得到实际的物理地址。现在我们谈回到80386处理器的工作模式：
当80386处理器工作在保护模式和虚拟8086模式的时候，可以使用全部32根地址线访问4 GB大的内存。段地址加偏移地址的计算方法显然无法覆盖这么大的范围。 但计算一下就可以发现，实际上和8086同样的限制已经不复存在，因为80386所有的通用寄存器都是32位的，2^32 == 4G，所以用任何一个通用寄存器来间接寻址，不必分段就已经可以访问到所有的内存地址。这是不是说，在保护模式下，段寄存器就不再有用了呢？
答案是否定的！实际上段寄存器更有用了，虽然在寻址上不再有分段的限制问题，但在保护模式下，一个地址空间是否可以被写入，可以被多少优先级的代码写入，是不是允许执行等涉及保护的问题就出来了。 要解决这些问题，必须对一个地址空间定义一些安全上的属性。段寄存器这时就派上了用途，不妨将这些属性存放在段寄存器中！ 但是问题来了，涉及属性和保护模式下段的其他参数，要表示的信息太多了，要用64位长的数据才能表示。我们把这64位的属性数据叫做段描述符（Segment Descriptor）。80386的段寄存器仍然是16位的，无法放下保护模式下64位的段描述符。如何解决这个新的问题呢？
解决办法是把所有段的段描述符顺序放在内存中的指定位置，组成一个段描述符表（Descriptor Table） 而段寄存器中的16位用来做索引信息，指定这个段的属性用段描述符表中的第几个描述符来表示。 这时，段寄存器中的信息不再是段地址了，而是段选择器（Segment Selector）。可以通过它在段描述符表中“选择”一个项目以得到段的全部信息。既然这样，段描述符表放在哪里呢？
80386中引入了两个新的寄存器来管理段描述符表。一个是48位的全局描述符表寄存器GDTR，一个是16位的局部描述符表寄存器LDTR。那么，为什么有两个描述符表寄存器呢？
GDTR指向的描述符表为全局描述符表GDT（Global Descriptor Table）。 它包含系统中所有任务都可用的段描述符，通常包含描述操作系统所使用的代码段、数据段和堆栈段的描述符及各任务的LDT段等；全局描述符表只有一个。 LDTR则指向局部描述符表LDT（Local Descriptor Table）。 80386处理器设计成每个任务都有一个独立的LDT。 它包含有每个任务私有的代码段、数据段和堆栈段的描述符，也包含该任务所使用的一些门描述符，如任务门和调用门描述符等。 不同任务的局部描述符表分别组成不同的内存段，描述这些内存段的描述符当做系统描述符放在全局描述符表中。 和GDTR直接指向内存地址不同，LDTR和CS，DS等段选择器一样只存放索引值，指向局部描述符表内存段对应的描述符在全局描述符表中的位置。 随着任务的切换，只要改变LDTR的值，系统当前的局部描述符表LDT也随之切换，这样便于各任务之间数据的隔离。但GDT并不随着任务的切换而切换。 看到这里，读者可能会提出一个问题，既然有全局描述符表和局部描述符表两个表，那么段选择器中的索引值对应哪个表中的描述符呢？ 实际上，16位的段选择器中只有高13位表示索引值。 剩下的3个数据位中，第0，1位表示程序的当前优先级RPL；第2位TI位用来表示在段描述符的位置；TI＝0表示在GDT中，TI＝1表示在LDT中。图说寻址路线：
在保护模式下，同样以xxxx:yyyyyyyy格式表示一个虚拟地址。 注意，xxxx（16位，相当于8086时代的段地址） 保存在段寄存器，yyyyyyyy（32位，相当于8086时代的偏移地址）保存在通用寄存器。 下边，小甲鱼从图片来给大家做演示！ [caption id="attachment_530" align="aligncenter" width="300"]
图说寻址路线[/caption]
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