什麼是保護模式

自從2023年推出第乙個微處理器以來，intel處理器就在不斷地更新換代，從8086、8088、80286，到80386、80486、奔騰、奔騰ⅱ、奔騰4等，其體系結構也在不斷變化。80386以後，提供了一些新的功能，彌補了8086的一些缺陷。這其中包括記憶體保護、多工及使用640kb以上的記憶體等，並仍然保持和8086家族的相容性。也就是說80386仍然具備了8086和80286的所有功能，但是在功能上有了很大的增強。早期的處理器是工作在實模式之下的，80286以後引入了保護模式，而在80386以後保護模式又進行了很大的改進。在80386中，保護模式為程式設計師提供了更好的保護，提供了更多的記憶體。事實上，保護模式的目的不是為了保護程式，而是要保護程式以外的所有程式（包括作業系統）。

簡言之，保護模式是處理器的一種最自然的模式。在這種模式下，處理器的所有指令及體系結構的所有特色都是可用的，並且能夠達到最高的效能。

保護模式和實模式

從表面上看，保護模式和實模式並沒有太大的區別，二者都使用了記憶體段、中斷和裝置驅動來處理硬體，但二者有很多不同之處。我們知道，在實模式中記憶體被劃分成段，每個段的大小為64kb，而這樣的段位址可以用16位來表示。記憶體段的處理是通過和段暫存器相關聯的內部機制來處理的，這些段暫存器（cs、ds、ss和es）的內容形成了實體地址的一部分。具體來說，最終的實體地址是由16位的段位址和16位的段內偏移位址組成的。用公式表示為：

實體地址=左移4位的段位址+偏移位址。

在保護模式下，段是通過一系列被稱之為"描述符表"的表所定義的。段暫存器儲存的是指向這些表的指標。用於定義記憶體段的表有兩種：全域性描述符表(gdt)和區域性描述符表(ldt)。gdt是乙個段描述符陣列，其中包含所有應用程式都可以使用的基本描述符。在實模式中，段長是固定的(為64kb)，而在保護模式中，段長是可變的，其最大可達4gb。ldt也是段描述符的乙個陣列。與gdt不同，ldt是乙個段，其中存放的是區域性的、不需要全域性共享的段描述符。每乙個作業系統都必須定義乙個gdt，而每乙個正在執行的任務都會有乙個相應的ldt。每乙個描述符的長度是8個位元組，格式如圖3所示。當段暫存器被載入的時候，段基位址就會從相應的表入口獲得。描述符的內容會被儲存在乙個程式設計師不可見的影像暫存器(shadow register)之中，以便下一次同乙個段可以使用該資訊而不用每次都到表中提取。實體地址由16位或者32位的偏移加上影像暫存器中的基址組成。實模式和保護模式的不同可以從圖1和圖2中很清楚地看出來。

此外，還有乙個中斷描述符表(idt)。這些中斷描述符會告訴處理器到那裡可以找到中斷處理程式。和實模式一樣，每乙個中斷都有乙個入口，但是這些入口的格式卻完全不同。因為在切換到保護模式的過程中沒有使用到idt，所以在此就不多做介紹了。

進入保護模式

80386有4個32位控制暫存器，名字分別為cr0、cr1、cr2和cr3。cr1是保留在未來處理器中使用的，在80386中沒有定義。cr0包含系統的控制標誌，用於控制處理器的操作模式和狀態。cr2和cr3是用於控制分頁機制的。在此，我們關注的是cr0暫存器的pe位控制，它負責實模式和保護模式之間的切換。當pe=1時，說明處理器執行於保護模式之下，其採用的段機制和前面所述的相應內容對應。如果pe=0，那麼處理器就工作在實模式之下。

切換到保護模式，實際就是把pe位置為1。為了把系統切換到保護模式，還要做一些其它的事情。程式必須要對系統的段暫存器和控制暫存器進行初始化。把pe位置1後，還要執行跳轉指令。過程簡述如下：

1.建立gdt表;

2.通過置pe位為1進入保護模式;

3.執行跳轉以清除在實模式下讀取的任何指令。

實模式下，cpu指令訪問的位址就是實體地址,形式為：段暫存器：偏移在保護模式下，cpu可以使用分段機制和分頁機制。分段機制下使用的位址就是邏輯位址，形式為：段選擇子：偏移分頁機制下使用的位址就是線性位址，形式為：0********* 無論是邏輯位址還是線性位址，都要被cpu對映成實體地址。保護模式下必須採用分段機制。在此基礎上可採用分頁機制。邏輯位址被轉化為線性位址，如果採用分頁機制，則該線性位址通過分頁機制被對映成實體地址。如果不採用分頁機制，則該線性位址就是實體地址。實模式下的實體地址只能訪問1m以下空間，而保護模式下的實體地址可以訪問所有32位空間。並且要注意，物理記憶體空間只是實體地址空間的乙個部分而已。

什麼是保護模式

C 什麼是實模式和保護模式

進入保護模式

進入保護模式

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