Linux x86: где отображается адресное пространство реального режима в защищенном режиме ядра?

(Мой x86-fu немного слабоват. Я добавлю несколько тегов, чтобы другие люди могли (надеюсь) поправить меня, если я где-то лгу.)

Физические адреса одинаковы в реальном и защищенном режиме. Единственная разница заключается в том, как вы переходите от адреса (смещения), указанного в инструкции, к физическому адресу:

• В реальном режиме физический адрес в основном (segment_reg << 4) + offset.

• В защищенном режиме физический адрес translate_via_page_table([segment_reg] + offset).

Под [segment_reg] я подразумеваю базовый адрес сегмента, найденный в глобальной или локальной таблице дескрипторов. по смещению в segment_reg. translate_via_page_table() означает трансляцию адресов, выполненную посредством пейджинга (если она включена).

Глядя здесь, кажется, что ПЗУ BIOS находится по физическим адресам 0x000F0000-0x000FFFFF. Чтобы получить доступ к этой памяти в защищенном режиме с пейджингом, вам нужно будет сопоставить ее где-нибудь с виртуальным адресным пространством, настроив правильный таблица страниц записей. Если предположить, что страницы имеют размер 4 КБ (обычный случай), для сопоставления всего диапазона потребуется 16 ((0xFFFFF-0xF0000+1)/4096) записей.

Чтобы увидеть, как работает ядро ​​​​Linux, вы можете посмотреть, как, например. Реализован /dev/mem, позволяющий считывать произвольные физические адреса. Реализация находится в drivers/char/mem.c.

Следующая команда (например, из этого ответа) создаст дамп диапазона памяти 0xC0000-0xFFFFF (это означает, что она также включает видео BIOS, на карту памяти, указанную выше):

$ dd if=/dev/mem bs=1k skip=768 count=256 > bios

1024*768 = 0xC0000 и 1024*(768+256) - 1 = 0xFFFFF, что дает ожидаемый диапазон физической памяти.

Немного отслеживая ситуацию, read_mem() в drivers/char/mem.c вызывает xlate_dev_mem_ptr(), который имеет специфичную для x86 реализацию в arch/x86/mm/ioremap.c. Вызов ioremap_cache() в этой функции, по-видимому, отвечает за сопоставление на странице, если это необходимо.

Обратите внимание, что подпрограммы BIOS не будут работать в защищенном режиме. Они предполагают, что процессор работает в реальном режиме.

Для 32-разрядной версии Linux x86 первый 896MB физического ОЗУ сопоставляется с непрерывным блоком виртуальной памяти, начиная с виртуального адреса с 0xC0000000 по 0xF7FFFFFF. Виртуальные адреса от 0xF8000000 до 0xFFFFFFFF назначаются динамически различным частям физической памяти, поэтому ядро ​​может отображать окно 128MB в любую часть физической памяти за пределами 896MB.

Само ядро ​​загружается по физическому адресу 1 МБ и выше, оставляя первый МБ свободным. Этот первый МБ используется, например, для буферов DMA, которые необходимы ISA-устройствам, потому что они используют контроллер DMA 8237, который может быть сопоставлен только с такими адресами.

Таким образом, чтение с адреса виртуальной памяти 0xC0000000 на самом деле является чтением с физического адреса 0x00000000 (при условии, что ядро ​​пометило эту страницу как существующую).