软件调试——IA-32 保护模式下寄存器一览
最近在看张银奎先生的《调试软件》一书，想将关键的技术记录下来，以便日后查阅，也分享给想看之人吧。
1 通用寄存器
EAX，EBX，ECX，EDX：用于运算的通用寄存器，可以使用AX，BX等16位或AL，AH等8位短寄存器，访问长寄存器的相应地址
ESP，EBP：Extended Stack/Base Pointer，指栈顶和当前栈的起始地址
ESI，EDI：源和目标寄存器，比如在循环操作中，与ECX组合，分别表示计数器（ECX），起始数（ESI），目标数（EDI）
64位扩展通用寄存器：RAX，RBX， RCX， RDX，R8~R15
2 EFLAGS标志寄存器
一共32位，目前只有18位在使用，分为三大类
另外，64位扩展标志寄存器RFLAGS
2.1 报告算术指令
| 标志 | 所在位 | 含义 |
| TF (Trap Flag) | 8 | 陷阱标志 |
| IF (Interrupt Enable Flag) | 9 | 中断标志，0禁止响应可屏蔽中断，1打开 |
| IOPL (I/O Privilege Level) | 12,13 | 当前任务（程序）的I/O权限级别 |
| NT (Nested Task Flag) | 14 | 任务嵌套标志，1当前任务是链接到前面执行的任务的，通常是由于中断或异常触发了IDT表中的任务门 |
| RF (Resume Flag) | 16 | 控制处理器对调试异常（#DB）的响应，1暂时禁止由于指令断点（是指通过调试寄存器设置的指令断点）导致的调试异常 |
| VM (Virtual-8086 Mode Flag) | 17 | 1启用虚拟8086模式，清除该位返回到普通的保护模式 |
| AC (Alignment Check Flag) | 18 | 设置此标志和CR0的AM标志可以启用内存对齐检查 |
| VIF (Virtual Interrupt Flag) | 19 | 与VIP标志一起用于实现奔腾处理器引入的虚拟中断机制 |
| VIP (Virtual Interrupt Pending Flag) | 20 | 与VIF标志一起用于实现奔腾处理器引入的虚拟中断机制 |
| ID (Identification Falg) | 21 | 用于检测是否支持CPUID指令，如果能够成功设置和清除该标志，这支持CPUID指令 |
2.2 结果状态标志
| 标志 | 所在位 | 含义 |
| CF (Carry Flag) | 0 | 进位或借位 |
| PF (Parity Flag) | 2 | 当计算结果的最低字节中包含偶数个1时，该标志为1 |
| AF (Adjust Flag) | 4 | 辅助进位标志，当位3（半个字节）处有进位或借位标志时为1 |
| ZF (Zero Flag) | 6 | 计算结果为0时，该标志位1，否则为0 |
| SF (Sign Flag) | 7 | 符号标志，结果为负时为1，否则为0 |
| OF (Overflow Flag) | 11 | 移除标志，结果超出机器的表达范围时为1，否则为0 |
2.3 控制字符串指令操作方向的控制标志
| 标志 | 所在位 | 含义 |
| DF (Direction Flag) | 10 | 方向标志，为1时使字符串指令每次操作后递减变址寄存器（ESI和EDI），为0时递增 |
3 MSR寄存器
Model Specific Register，内容为64位。
读取：先将要读的MSR的ID放到ECX中，然后执行RDMSR，返回值被放到EDX（高32位）和EAX（低32位）
写入：先将要写的MSR的ID放到ECX中，再将要写的数据放到EDX和EAX中，最后执行WRMSR
4 控制寄存器
IA-32提供5个控制寄存器CR0~CR4,64位CPU增加了CR8表示任务优先级寄存器
CR1一直保留没用，CR2用于存储导致页错误的线性地址，CR3的高20位表示页目录基地址，其余寄存器说明如下
| 位 | 标志 | 含义 |
| CR0-00 | PE (Protection Enable) | 1启用保护模式，0启用实模式 |
| CR0-01 | MP (Monitor Coprocessor) | 用来控制WAIT/FWAIT指令对TS标志的检查 |
| CR0-02 | EM (Emulation) | 1表示使用软件来模拟浮点单元（FPU）进行浮点运算，0表示处理器具有内部或外部的FPU |
| CR0-03 | TS (Task Switched) | 当CPU在每次切换任务时设置该位，在执行x87 FPU和MMX/SSE/SSE2/SS3指令时检查该位，主要用于支持在任务切换时延迟保存x87 FPU和MMX/SSE/SSE2/SS3上下文 |
| CR0-04 | ET (Extension Type) | 对于386和486的CPU，1表示支持387数学协处理器指令，对于486以后的IA-32 CPU，该位保留（固定为1） |
| CR0-05 | NE (Numeric Error) | 用来控制x87 FPU错误的报告方式，1启用内部的本位（native）机制，0启用与DOS兼容的PC方式 |
| CR0-16 | WP (Write Protect) | 1禁止内核级代码写用户级的只读存储页，0允许 |
| CR0-18 | AM (Alignment Mask) | 1启用自动内存对齐检查，0禁止 |
| CR0-29 | NW (Not Write-through) | 与CD标志共同控制高速缓存有关的选项 |
| CR0-30 | CD (Cache Disable) | 与NW标志共同控制高速缓存有关的选项 |
| CR0-31 | PG (Paging) | 1启用页机制，0禁止 |
| ==== | ================== | =========================================================================================== |
| CR3-03 | PCD (Page-level Cache Disable) | 控制是否对当前页目录进行高速缓存（caching），1禁止，0允许 |
| CR3-04 | PWT (Page-level Write Transparent) | 控制页目录的缓存方式，1启用write-through方式缓存，0启用write-back方式缓存 |
| ==== | ================== | =========================================================================================== |
| CR4-00 | VME (Virtual-8086 Mode Extensions) | 1启用虚拟8086模式下的中断和异常处理扩展：将中断和异常重定向到8086程序的处理例程以减少调用虚拟8086监视程序（monitor）的开销 |
| CR4-01 | PVI (Protected-Mode Virtual Interrupts) | 1启用硬件支持的虚拟中断标志（VIF），0禁止VIF标志 |
| CR4-02 | TSD (Time Stamp Disable) | 1只有在Ring0特权级才能使用RDTSC指令，0所有特权级都可以使用该指令读取时间戳 |
| CR4-03 | DE (Debugging Extensions) | 1引用DR4和DR5寄存器将导致无效指令（#UD）异常，0引用DR4和DR5等效于应用DR6和DR7 |
| CR4-04 | PSE (Page Size Extensions) | 1启用4MB内存页，0限制内存页位4KB |
| CR4-05 | PAE (Physical Address Extension) | 1支持36或36位以上的物理内存地址，0只支持32位物理内存 |
| CR4-06 | MCE (Machine-Check Enable) | 1启用机器检查异常，0禁止 |
| CR4-07 | PGE (Page Global Enable) | 1启用P6处理器引入的全局页功能，0禁止 |
| CR4-08 | PCE (Performance-Monitoring COunter Enable) | 1允许所有特权级的代码使用RDPMC指令读取性能计数器，0只有Ring0特权级的才能使用RDPMC指令 |
| CR4-09 |
OSFXSR (Operationg System Support for FXSAVE and FXRSTOR instructions) |
操作系统使用，表示操作系统对FXSAVE、FXRSTOR及SSE/SSE2/SSE3指令的支持，以保证较老的操作系统仍然可以运行在较新的CPU上 |
| CR4-10 |
OSXMMEXCPT (Operating System Support for Unmasked SIMD Floating-Point Exceptions) |
操作系统使用，表示操作系统对奔腾III处理器引入的SIMD浮点异常（#XF）的支持。0表示操作系统不支持#XF异常，那么CPU会通过无效指令异常（#UD）来报告该异常， 以防止针对奔腾III以前处理器设计的操作系统在奔腾III或更新的CPU上运行时出错 |
5 段寄存器
CS代码段，DS数据段，SS堆栈段，ES扩展段，FS标志段， GS全局段，都是16位的数
实模式下：该值就是段地址，将该值左移4位（或乘以16），直接得到该段的基地址，实模式下基地址就是物理地址。
保护模式下：将段地址的值拆成16位
| 0~1位 | 2位 | 3~15位 |
| RPL | TI | Index |
| 特权级0~3，目前就只有0和3两个值 | 段选择子，0表示GDT，1表示LDT | 在GDT或LDT表中的索引，可表示1~8191，0位置为null不会被使用 |
GDTR：全局描述符表寄存器，保存着GDT的位置和边界，在保护模式下有效，一个操作系统只有一个GDT表，使用LGDT指令读取，SGDT设置
LDTR：局部描述符表寄存器，保存着LDT的位置和边界，在保护模式下有效，一个任务对应一个LDT表，也可以多个任务共享一个LDT表
IDTR：中断描述符寄存器，保存着IDT的位置和边界，在保护模式下有效，一个CPU核心有一个IDT表，读写指令为LIDT和SIDT
6 程序指针寄存器EIP
EIP（Extended Instruction Pointer），指向CPU要执行的下一条指令，其值为该指令在当前代码段中的偏移地址
这个寄存器非常重要，一般函数调用时会将当前执行指令的下一个指令的地址（就是当前的EIP）压栈，这样函数调用结束后，从栈中取出来EIP可调回到上一级函数继续执行
7 其他寄存器
（1）向量运算寄存器XMM0~XMM7，供SSE/SSE2/SSE3指令使用以支持对单精度浮点数进行SIMD计算
（2）ST0~ST7（每个寄存器都占用80个位），供FPU和MMX使用的寄存器，当执行MMX指令时，其中低64位用于MMX数据寄存器MM0~MM7；当执行x87浮点运算指令时，它们被用作浮点数据寄存器R0~R7
（3）任务寄存器TR，用于存放选取任务状态段（Task State Segment，简称TSS）描述符的选择子，TSS用来存放一个任务的状态信息，在多任务环境下，CPU在从一个任务切换到另一个任务时，前一个任务的寄存器等状态被保存到TSS中
（4）时间戳计数器TSC（Time Stamp Counter，64位），每个时钟周期自增1，重启时清0，RDTSC指令读取TSC寄存器，Ring3想要使用该指令，需要先将CR4的TSD位置0
（5）内存类型范围寄存器MTRR（Memory Type and Range Register），定义了内存空间中各个区域的内存类型，CPU据此知道响应内存区域的特征，比如是否可以对其做高速缓存等
（6）调试寄存器DR0~DR7
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