【OS学习笔记】十五 保护模式三：保护模式下的内存访问机制
上一篇文章学习了段描述符与段描述符各个标志位的含义：段描述符
本篇文章学习如何进入保护模式，并学习如何在保护模式下进行内存访问。
1、如何进入保护模式
假设我们已经用汇编语言将段描述符安装到GDT中（具体的汇编代码在后面的文章中会给出），并且也已经将GDTR的线性地址与界限值加载到了GDTR中。现在前期的准备已经准备好了，可以直接进入到保护模式了。那么如何进入到保护模式呢？
控制实模式与保护模式切换的一个控制器是CR0寄存器。CR0是处理器内部的一个控制寄存器。
CR0是32位寄存器。如下图：
它的第一位（位0）是保护模式允许位（PE位）。如果把该位置1，则处理器进入保护模式的规则下运行。其他位暂时不用，所以显示的空白。以后学习过程中会继续学习。
好了，只要我们再汇编代码中将CR0寄存器的PE位置1，则进入保护模式的规则。现在假设我们已经进入了保护模式。
2、进入保护模式后如何访问内存
2.1、32位处理器的段寄存器
我们很清楚16位的8086处理器的是如何通过段寄存器来访问内存的。
在保护模式下，32位的处理器中。段寄存器有所变化。如下图是32位处理器的段寄存器：
每个段寄存器的前16位于8086的寄存器一样，在实模式下，他们用传统的方式访问1M内存，使用方法没有变化。
同时每个段寄存器还包括一个不可见的部分，如上述图的红色部分，称为描述符高速缓存器，用来存放所要访问的段的线性地址、段界限和属性。
说它不可见是因为只有处理器可以访问，只能是处理器来使用。
那么保护模式下，是如何听过上述的段寄存器访问内存的呢？
在保护模式中，前16位的段寄存器称为段选择器。 将段描述符在GDT中的索引号传送给段选择器。
如下图所示，是段选择器里的内容。
在保护模式下访问一个段时，传送到段选择器的是段选择子。它由上述三部分组成。
- 描述符索引： 用来在描述符表（GDT）中找到一个段描述符。
- TI ：描述符表指示器。TI=0时，表示描述符在GDT中。TI=1时表示描述符在LDT中。LDT是局部描述符表，在后面会有所介绍。
- RPL ：请求特权级，表示给出当前选择字的能程序的特权级，正式该程序要访问这个内存段。
2.2、开始访问内存
到了这里，我们知道了段选择器的作用，就是用来索引段描述符的。现在还不知道描述符高速缓存器的作用呢？？？ 不着急，马上就来。
假设现在我们要访问的是数据段。
DS寄存器的段选择器中存放的是数据段描述符在GDT中的索引号，而GDTR寄存器又保存的是GDT的基地址。GDT中每一个描述符的大小是8字节。那么访问数据段的内容，就如下图所示了：
在第一次访问数据段的时候， 首先将之前传送到段选择器的段选择子部分的描述符的索引号乘以8，得到描述符在GDT中的偏移地址。再用这个偏移地址加上GDT的基地址GDTR指向的内容，就可以访问到内存中的段。
如果没有发现什么问题，就自动的找到数据段描述符，将它加载到段寄存器的描述符高速缓存部分。加载的部分包括数据段的线性地址、段界限、与访问属性。
此后，如果再有访问数据段的内存操作，处理器直接访问段寄存器的描述符高速缓存部分的内容，而不用像开始那样还用段选择子部分的描述符索引号乘以8加上GDTR指向的GDT基地址。不用那么麻烦了，以后如果还访问数据段，直接在数据段的描述符高速缓存中查找段的地址以及访问属性即可。
比如接下来如果有一条指令mov byte [0x00],'P' 假设现在的DS中的描述符高速缓存存的数据段的线性地址是 0x000B8000，那么上述指令的访问就如下图所示：
不只是访问数据段。访问代码段也是与上述过程类似。只不过指令的偏移地址一般是由EIP寄存器指定。那么访问一个内存中的指令大概就是下面的过程：
到了这里，我们已经很明白段寄存器中的描述符高速缓存的作用。它其实就是一个cache的作用。
3、总结
本篇文章有点绕。但是只要很用心的看，多看几遍，肯定会看明白保护模式下的内存访问机制。
笔记记得不是很全，如果有不懂的可以加我联系方式一起交流。
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