【操作系统 3.了解实模式与保护模式的区别】

一、实模式与保护模式鸟瞰

我这人喜欢直面问题，其实本章只需要搞明白三个主要问题就行了，

什么是实模式和保护模式，
实模式与保护模式的区别是什么，
怎么进入保护模式。

我先来简单阐述下这三个问题

什么是实模式和保护模式

Intel 8086 是一个由 Intel 于 1978 年所设计的 16 位微处理器芯片，是 x86 架构的鼻祖。紧接着 Intel 又推出了第一款 32 位的 cpu Intel 80286（很快被淘汰，80386更经典一些），这款 cpu 由于和之前有很多不同的“保护”特性，所以称为保护模式，也是与此同时，之前的 8086 这个 16 位 cpu 才有了实模式的叫法。

所以什么是实模式和保护模式，其实就是 Intel 给自己的处理器特性命的一个名字而已，具体有哪些特性那就是细节问题了，但最起码有一点刚刚已经有所透露，那就是保护模式至少是 32 位的，而实模式是 16 位的（即使一个 32 位的 cpu 也有实模式）

实模式与保护模式的区别是什么

1.实模式 16 位，保护模式 32 位
2.实模式下的地址是段寄存器地址偏移4位+偏移地址得到物理地址。保护模式下段寄存器存入了段选择子，在段描述符表中寻找段基址，再加上偏移地址得到物理地址（开启分页下为逻辑地址）

这个我觉得是 1 的推论，就是实模式寻址空间是 1M，保护模式是 4G
这个我觉得是 2 的推论，就是段描述符表记录了段的权限，改变了实模式下可以随意访问所有内存的隐患（这也是保护这两个字的体现）

怎么进入保护模式

进入保护模式有三步：

1.打开 A20
2.加载 gdt
3.将 cr0 的 pe 位置 1（cr0是GDT表中的字段属性名）

可以看出进入保护模式的操作是很简单的，但提前要做好准备工作，最重要的就是 gdt(Global Descriptor Table 全局描述表)的准备。

保护模式与实模式的关键点要理解GDT

所以我们先说一说先什么是段描述符？

在你开机的一瞬间，CPU 的 PC 寄存器被强制初始化为 0xFFFF0。如果再说具体些，CPU 将段基址寄存器 cs 初始化为 0xF000，将偏移地址寄存器 IP 初始化为 0xFFF0，根据实模式下的最终地址计算规则，将段基址左移 4 位，加上偏移地址，得到最终的物理地址也就是抽象出来的 PC 寄存器地址为 0xFFFF0。

这种段基址左移 4 位，加上偏移地址，得到物理地址的方式，就是实模式下的地址转换方式。

然而保护模式下不一样了
在保护模式下，段基址寄存器中存的数据，被理解为==段选择子，根据这个值去我们自己在内存中写好的段描述符表中找，找到对应的段描述符，从中取出段基址。用这个段基址加上偏移地址，最终得到物理地址（逻辑地址和页表的事以后再说，不冲突）。

那自然就有两个问题，一个是段描述符表长什么样子呀？决定了我们往内存中写的数据结构是什么。另一个就是去哪找段描述符表压，这个就需要告诉 cpu 为我们提前预留好的寄存器，也就是 lgdt 指令。下面我们就分别看着两个问题

段寄存器中16位2字节段选择子的结构如下

段描述符表长什么样子
首先段描述符表是一张表，在内存中也就是个数组，是一个个的段描述符一个个紧挨着的结果。所以我们要了解段描述符长什么样就好了

对于一个段寄存器描述的一个段，该段具有段属性Attribute、段基址Base以及段限长Limit，段寄存器中能看到的16位段选择子就是为了能够查找上述三个属性

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