ดังนั้นฉันจึงรู้ว่าการลงทะเบียนต่อไปนี้และการใช้งานควรจะเป็นอย่างไร:
CS = กลุ่มรหัส (ใช้สำหรับ IP)
DS = กลุ่มข้อมูล (ใช้สำหรับ MOV)
ES = ส่วนปลายทาง (ใช้สำหรับ MOVS ฯลฯ )
SS = Stack Segment (ใช้สำหรับ SP)
แต่การลงทะเบียนต่อไปนี้มีไว้เพื่อใช้ทำอะไร?
FS = "ส่วนของไฟล์"?
GS = ???
หมายเหตุ: ฉันไม่ได้ถามเกี่ยวกับระบบปฏิบัติการใด ๆ - ฉันกำลังถามเกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขาตั้งใจจะใช้กับ CPU ถ้ามีอะไร
คำตอบ:
มีวัตถุประสงค์เพื่ออะไรและ Windows และ Linux ใช้เพื่ออะไร
ความตั้งใจเดิมที่อยู่เบื้องหลังการลงทะเบียนเซ็กเมนต์คือการอนุญาตให้โปรแกรมเข้าถึงเซ็กเมนต์หน่วยความจำ (ขนาดใหญ่) ที่แตกต่างกันจำนวนมากซึ่งตั้งใจให้เป็นอิสระและเป็นส่วนหนึ่งของที่เก็บเสมือนถาวร แนวคิดนี้นำมาจากระบบปฏิบัติการ Multics ในปี 1966ซึ่งถือว่าไฟล์เป็นเพียงส่วนหน่วยความจำที่ระบุแอดเดรสได้ ไม่มี BS "เปิดไฟล์เขียนบันทึกปิดไฟล์" เพียงแค่ "เก็บค่านี้ไว้ในส่วนข้อมูลเสมือน" ด้วยการล้างหน้าที่สกปรก
ระบบปฏิบัติการปี 2010 ในปัจจุบันของเราก้าวถอยหลังไปอีกก้าวหนึ่งซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า "ขันที" คุณสามารถระบุเฉพาะส่วนเดียวของพื้นที่กระบวนการของคุณโดยให้สิ่งที่เรียกว่า "พื้นที่ที่อยู่แบบแบน (IMHO หมอง)" การลงทะเบียนเซ็กเมนต์บนเครื่อง x86-32 ยังสามารถใช้สำหรับการลงทะเบียนเซกเมนต์จริงได้ แต่ไม่มีใครใส่ใจ (แอนดี้โกรฟอดีตประธาน Intel มีชื่อเสียงในระดับสาธารณะเมื่อศตวรรษที่แล้วเมื่อเขาพบว่าหลังจากที่วิศวกร Intel ทั้งหมดใช้พลังงานและ เงินของเขาในการใช้คุณสมบัตินี้ซึ่งไม่มีใครจะใช้มันไปเลยแอนดี้!)
AMD ในการไปที่ 64 บิตตัดสินใจว่าพวกเขาไม่สนใจว่าพวกเขากำจัด Multics เป็นตัวเลือกหรือไม่ (นั่นคือการตีความเพื่อการกุศลสิ่งที่ไม่สามารถคิดได้คือพวกเขาไม่รู้เรื่อง Multics) และปิดใช้งานความสามารถทั่วไปของการลงทะเบียนเซ็กเมนต์ในโหมด 64 บิต ยังคงมีความจำเป็นสำหรับเธรดในการเข้าถึงที่เก็บเธรดในท้องถิ่นและแต่ละเธรดต้องการตัวชี้ ... ที่ใดที่หนึ่งในสถานะเธรดที่เข้าถึงได้ทันที (เช่นในรีจิสเตอร์) ... เนื่องจาก Windows และ Linux ทั้งคู่ใช้ FS และ GS (ขอบคุณ Nick สำหรับคำชี้แจง) เพื่อจุดประสงค์นี้ในเวอร์ชัน 32 บิต AMD จึงตัดสินใจให้ส่วนทะเบียน 64 บิต (GS และ FS) ใช้เพื่อจุดประสงค์นี้เท่านั้น (ฉันคิดว่าคุณ สามารถทำให้ชี้ไปที่ใดก็ได้ในพื้นที่กระบวนการของคุณอย่าลืมว่ารหัสแอปพลิเคชันสามารถโหลดได้หรือไม่)
มันน่าจะเป็นสถาปัตยกรรมที่สวยงามกว่า IMHO ที่จะทำให้แผนที่หน่วยความจำของแต่ละเธรดมีแอดเดรสเสมือนจริง (เช่น 0-FFF พูด) ซึ่งเป็นพื้นที่จัดเก็บเธรดในเครื่อง (ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวชี้การลงทะเบียน [เซ็กเมนต์]!) ฉันทำสิ่งนี้ในระบบปฏิบัติการ 8 บิตย้อนกลับไปในปี 1970 และมีประโยชน์อย่างมากเช่นมีการลงทะเบียนกองใหญ่อีกชุดเพื่อใช้
ดังนั้นการลงทะเบียนกลุ่มจึงเป็นเหมือนภาคผนวกของคุณ พวกเขาทำหน้าที่เป็นร่องรอย ต่อการสูญเสียโดยรวมของเรา
ผู้ที่ไม่รู้ประวัติศาสตร์จะไม่ต้องทำซ้ำ พวกเขาถึงวาระที่จะทำอะไรบางอย่างที่โง่เขลา
รีจิสเตอร์FSและGSเป็นเซกเมนต์รีจิสเตอร์ พวกเขาไม่มีวัตถุประสงค์ที่กำหนดโดยโปรเซสเซอร์ แต่จะได้รับจุดประสงค์จากระบบปฏิบัติการที่รันอยู่ ใน Windows 64 บิตรีGSจิสเตอร์จะใช้เพื่อชี้ไปที่โครงสร้างที่ระบบปฏิบัติการกำหนด FSและGSมักใช้โดยเคอร์เนล OS เพื่อเข้าถึงหน่วยความจำเฉพาะเธรด ใน windows GSรีจิสเตอร์ใช้เพื่อจัดการหน่วยความจำเฉพาะเธรด เคอร์เนล linux ใช้GSเพื่อเข้าถึงหน่วยความจำเฉพาะ cpu
*dest++ = lookup[*src++];ซึ่งอาจจะค่อนข้างอึดอัดหากปลายทางการค้นหาและ src อยู่ในตำแหน่งที่ไม่เกี่ยวข้องกันสามแห่ง
FSใช้เพื่อชี้ไปที่บล็อกข้อมูลเธรด (TIB) บนกระบวนการ windows
ตัวอย่างทั่วไปอย่างหนึ่งคือ ( SEH ) ซึ่งเก็บตัวชี้ไปยังฟังก์ชันเรียกกลับในรูปแบบ FS:[0x00] .
GSมักใช้เป็นตัวชี้ไปยังที่จัดเก็บเธรดในเครื่อง (TLS) และตัวอย่างหนึ่งที่คุณอาจเคยเห็นมาก่อนคือการป้องกันสแต็กคานารี่ (stackguard) ใน gcc คุณอาจเห็นสิ่งนี้:
mov eax,gs:0x14
mov DWORD PTR [ebp-0xc],eax
ตามคู่มือ Intel ในโหมด 64 บิตการลงทะเบียนเหล่านี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้เป็นรีจิสเตอร์พื้นฐานเพิ่มเติมในการคำนวณที่อยู่เชิงเส้น ฉันดึงสิ่งนี้มาจากส่วน 3.7.4.1 (หน้า 86 ในชุดเสียง 4) โดยปกติเมื่อ CPU อยู่ในโหมดนี้ที่อยู่เชิงเส้นจะเหมือนกับที่อยู่ที่มีประสิทธิภาพเนื่องจากการแบ่งส่วนมักไม่ได้ใช้ในโหมดนี้
ดังนั้นในพื้นที่ที่อยู่แบบแบนนี้ FS & GS จึงมีบทบาทในการกำหนดแอดเดรสไม่ใช่แค่ข้อมูลในเครื่อง แต่โครงสร้างข้อมูลระบบปฏิบัติการบางอย่าง (หน้า 2793 ส่วน 3.2.4) ดังนั้นการลงทะเบียนเหล่านี้จึงมีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้โดยระบบปฏิบัติการอย่างไรก็ตามนักออกแบบเหล่านั้นโดยเฉพาะ กำหนด.
มีกลอุบายที่น่าสนใจเมื่อใช้การแทนที่ทั้งในโหมด 32 และ 64 บิต แต่เกี่ยวข้องกับซอฟต์แวร์ที่มีสิทธิ์พิเศษ
จากมุมมองของ "ความตั้งใจเดิม" นั้นยากที่จะพูดได้ว่าเป็นเพียงการลงทะเบียนเพิ่มเติม เมื่อ CPU อยู่ในโหมดที่อยู่จริงจะเหมือนกับว่าโปรเซสเซอร์กำลังทำงานด้วยความเร็วสูง 8086 และโปรแกรมจะต้องเข้าถึงการลงทะเบียนเหล่านี้อย่างชัดเจน เพื่อประโยชน์ในการจำลอง 8086 ที่แท้จริงคุณจะต้องเรียกใช้ CPU ในโหมด virtual-8086และจะไม่ใช้การลงทะเบียนเหล่านี้
ทะเบียน“ FS” /“ GS” มีไว้เพื่ออะไร?
เพียงเพื่อเข้าถึงข้อมูลนอกเหนือจากส่วนข้อมูลเริ่มต้น (DS) เหมือนกับ ES ทุกประการ
ดังนั้นฉันจึงรู้ว่าการลงทะเบียนต่อไปนี้และการใช้งานควรจะเป็นอย่างไร:
[... ]
เกือบ แต่ DS ไม่ใช่กลุ่มข้อมูล 'บางส่วน' แต่เป็นกลุ่มข้อมูลเริ่มต้น การดำเนินการทั้งหมดเกิดขึ้นตามค่าเริ่มต้น (* 1) นี่คือตัวแปรเริ่มต้นทั้งหมดที่ตั้งอยู่ - โดยพื้นฐานdataแล้วและbssและเป็นส่วนหนึ่งของสาเหตุที่ทำให้รหัส x86 ค่อนข้างกะทัดรัด ข้อมูลที่จำเป็นทั้งหมดซึ่งเป็นสิ่งที่เข้าถึงบ่อยที่สุด (โค้ดบวกและสแต็ก) อยู่ในระยะทางสั้น 16 บิต
ES ใช้เพื่อเข้าถึงทุกสิ่งทุกอย่าง (* 2) ทุกอย่างที่อยู่นอกเหนือจาก 64 KiB ของ DS เช่นเดียวกับข้อความของโปรแกรมประมวลผลคำเซลล์ของสเปรดชีตหรือข้อมูลรูปภาพของโปรแกรมกราฟิกเป็นต้น ข้อมูลนี้ไม่ได้รับการเข้าถึงมากนักดังนั้นการใช้คำนำหน้าจึงเจ็บน้อยกว่าการใช้ฟิลด์ที่อยู่ที่ยาว
ในทำนองเดียวกันมันเป็นเพียงความน่ารำคาญเล็กน้อยที่อาจต้องโหลด DS และ ES (และโหลดซ้ำ) เมื่อดำเนินการกับสตริง - อย่างน้อยก็ชดเชยด้วยชุดคำสั่งการจัดการอักขระที่ดีที่สุดในเวลานั้น
สิ่งที่เจ็บปวดจริงๆคือเมื่อข้อมูลผู้ใช้เกิน 64 KiB และต้องเริ่มดำเนินการ แม้ว่าการดำเนินการบางอย่างจะทำเพียงครั้งละรายการข้อมูลเดียว (คิดว่าA=A*2) ส่วนใหญ่ต้องการข้อมูลสอง ( A=A*B) หรือสามรายการ ( A=B*C) หากรายการเหล่านี้อยู่ในส่วนต่างๆ ES จะถูกโหลดซ้ำหลายครั้งต่อการดำเนินการโดยเพิ่มค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างมาก
ในตอนแรกด้วยโปรแกรมขนาดเล็กจากโลก 8 บิต (* 3) และชุดข้อมูลที่มีขนาดเล็กเท่า ๆ กันมันไม่ใช่เรื่องใหญ่ แต่ในไม่ช้ามันก็กลายเป็นคอขวดที่มีประสิทธิภาพหลัก - และอื่น ๆ ก็เป็นความเจ็บปวดอย่างแท้จริงสำหรับ โปรแกรมเมอร์ (และคอมไพเลอร์) ด้วย 386 Intel บรรเทาส่งมอบในที่สุดโดยการเพิ่มสองกลุ่มมากขึ้นเพื่อให้ชุดใดเอก , ไบนารีหรือternaryมีองค์ประกอบที่กระจายออกไปในหน่วยความจำสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องโหลด ES ซ้ำ
สำหรับการเขียนโปรแกรม (อย่างน้อยในแอสเซมบลี) และการออกแบบคอมไพเลอร์สิ่งนี้ค่อนข้างได้เปรียบ แน่นอนว่าอาจมีมากกว่านี้ แต่คอขวดสามขวดก็หายไปโดยทั่วไปดังนั้นไม่จำเป็นต้องหักโหมมากเกินไป
การตั้งชื่อตัวอักษร F / G อย่างชาญฉลาดเป็นเพียงการต่อเนื่องตามตัวอักษรหลังจาก E อย่างน้อยก็จากจุดของการออกแบบ CPU ไม่มีอะไรเกี่ยวข้อง
* 1 - การใช้ ES สำหรับปลายทางสตริงเป็นข้อยกเว้นเนื่องจากจำเป็นต้องมีการลงทะเบียนเพียงสองส่วน หากไม่มีก็จะไม่มีประโยชน์มากนักหรือจำเป็นต้องมีคำนำหน้ากลุ่มเสมอไป ซึ่งสามารถฆ่าหนึ่งในคุณสมบัติที่น่าแปลกใจการใช้คำสั่งสตริง (ไม่ซ้ำซาก) ส่งผลให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดเนื่องจากการเข้ารหัสไบต์เดียว
* 2 - ดังนั้นในการมองย้อนกลับไป 'ทุกอย่างที่เหลือ' น่าจะเป็นวิธีการตั้งชื่อที่ดีกว่า 'กลุ่มเสริม'
* 3 - สิ่งสำคัญเสมอที่ต้องจำไว้ว่า 8086 มีความหมายเพียงการวัดช่องว่างหยุดจนกว่า8800จะเสร็จสิ้นและส่วนใหญ่มีไว้สำหรับโลกฝังตัวเพื่อให้ลูกค้า 8080/85 อยู่บนเรือ