Сегменты, секции, модели памяти, страницы

Необходимо учитывать, что в архитектуре x86 со сложной схемой управления памятью выделилось несколько новых понятий: сегмент, физический сегмент — соответствует сегменту в физической оперативной памяти

границы и размещение сегментов связаны с используемым режимом работы процессора; в реальном режиме сегменты определены однозначно, при размещении кода и данных в оперативной памяти можно варьировать только номера сегментов.

секция, логический сегмент — логическая единица, используемая для группировки кода и данных в разрабатываемом приложении разработчик программы может управлять транслятором и компоновщиком для задания отображения секций в физические сегменты. Возможна группировка

разных секций в один физический сегмент, разбиение секций на последовательности сегментов и т.п. Для объектов, размещенных более чем в одном сегменте (для 16ти разрядных задач часто имело место) приходится реализовывать различную адресную математику для данных разного размера.

Управление отображением секций на физические сегменты осуществляется и транслятором (директивы «group» и «segment at XXX» в синтаксисе Intel) и компоновщиком (специальные ключи командной строки и скрипты в случае ld). В вычислительных системах, использующих страничные механизмы управления

памятью, секции отображаются с учетом границ страниц и атрибутов страничной защиты.

субсегмент, субсекция — (синтаксис AT&T) обеспечивает возможность управлять порядком размещения данных в пределах одной секции. При выравнивании секций по границам страниц между смежными секциями обнаруживаются неиспользуемые промежутки. Субсекции позволяют сгруппировать данные «плотно».

Модели памяти — способ отображения адресного пространства задачи в физическую оперативную память. Выделяются следующие модели:

16ти разрядные модели памяти:

TINY — единственный сегмент, содержащий и код и данные

SMALL — два сегмента: один для кода, другой для данных (включая стек, инициализированные и неинициализированные переменные, кучу)

MEDIUM — один сегмент данных (как модификация: два сегмента данных — отдельный сегмент для стека) и много сегментов для кода (обычно по отдельному сегменту кода на каждый модуль)

COMPACT — один сегмент кода и множество сегментов данных (обычно по отдельному сегменту данных на каждый модуль плюс сегмент для стека; иногда большие сегменты данных в одном модуле тоже дробятся на более мелкие сегменты)

LARGE — множество сегментов кода и данных (обычно по одному сегменту кода и данных на каждый модуль)

(в приведенных выше случаях по умолчанию используются near* указатели, если сегмент один и far* указатели, если сегментов несколько)

HUGE — аналогично LARGE, но часто сегменты дробятся на более мелкие (например, для каждой процедуры) и используются huge* указатели по умолчанию.

32х и 64х разрядные модели памяти:

FLAT — аналогично TINY, но используются 32х или 64х разрядные сегменты. В отличие от TINY для кода и данных используются разные сегменты (с разными атрибутами защиты), полностью перекрывающиеся друг с другом. Секции отображаются в один сегмент с применением разных атрибутов страниц.

«Предположения» (assume) — используются только в синтаксисе Intel; указывают транслятору соответствие между реально загруженными в сегментные регистры номерами сегментов (селекторами) и описанными в программе секциями. При смене значений в сегментных регистрах надо указывать новое «предположение». Обязательным является предположение для CS, так как оно влияет на вычисление кодов инструкций; остальные предположения необязательны, возможно явное задание префикса в каждой инструкции. Существует специальное имя «nothing», позволяющая отменить предположение для конкретного регистра.

Переходы, вызовы процедур

В синтаксисе Intel принято использование «типизированных» меток, для которых можно назначить некоторые модификаторы; для процедур и целей переходов предназначены модификаторы near и far; для меток данных — byte, word, dword, …; эта информация используется компилятором для уточнения кода инструкции,

если запись допускает несколько толкований. Свойства метки можно явно переопределить в коде инструкции с помощью ключевого слова ptr.

Переходы и вызовы процедур бывают:

короткие — (только переходы) на расстояние -128..+127 байт от текущего (R,E)IP, расстояние помещается в старший байт инструкции

дальние — межсегментные, задаются дальним адресом смещения в виде: 16ти битовый сегмент в старшей части адреса и 16/32/64 битовое смещение в младшей.

Символы и макросы

Для ассемблеров характерна развитая поддержка препроцессоров и условной компиляции. Типичными конструкциями являются:

задание числовых символов, основные математические операции над ними

Обычно понятие «символ» является обобщением над понятием метки. Символы бывают: code — символы (метки), определенные в секциях кода.

data — символы (метки), определенные в секциях данных.

relocatable (перемещаемые) — символы, значение которых изменяется в процессе перемещения секций. Метки являются перемещаемыми символами. Значение такого символа — его адрес; в синтаксисе Intel для получения значения перемещаемого символа введены ключевые слова seg и offset; в

синтаксисе AT&T — знак $ перед именем символа.

undefined (неизвестные) — символы, значение которых на данный момент неизвестно. Часто неизвестными символами являются внешние имена; о таких символах бывает известна частичная информация, например каким символом (кода или данных) он является. Другой типичный пример — упреждающие ссылки (например, переход вперед); до встречи определения этого символа о нём ничего не известно (многие ассемблеры рассматривают эти ситуации как ошибочные; для разрешения упреждающих ссылок (forward referencies) применяют двух и более проходную трансляцию, когда на первом проходе выясняются имена известных символов. Часто многопроходная трансляция включается специальной опцией транслятора).

external (внешние) — это на самом деле не тип символов, а один из универсальных атрибутов — практически любой символ может быть помечен как внешний public (общие) — аналогично, это атрибут символа, указывающий транслятору, что символ будет доступен из других модулей (в которых он будет выступать в

качестве внешнего, и лишь на этапе сборки приложения станет известно его значение — процесс «разрешения внешних ссылок»).

absolute — символы, значения которых не зависят от перемещения секций. К таким символам относятся константы и символы, которыми манипулирует транслятор (например, имена секций, предопределенные символы и пр.). Абсолютные символы могут быть заданы и изменены в тексте программы; если значениями абсолютных символов являются числа, то над ними возможны основные операции +-*/(). Абсолютные символы можно прибавлять или

вычитать из перемещаемых; также возможно вычитание двух перемещаемых символов (вычисление расстояния между метками). В некоторых случаях макропроцессоры допускают использование абсолютных символов, которым сопоставлено текстовое значение.

определение составных типов (структуры, объединения, массивы)

используется, как правило, для упрощения трансляции и интерфейсов с языками высокого уровня; типичным является определение имен полей как абсолютных символов, значением которых являются смещения в структуре. Подробнее — ключевые слова struc в синтаксисе Intel и .def, .endef, .dim, .size, .type,

.val, .tag в синтаксисе AT&T.