操作系统：浅谈实模式，保护模式与长模式
学习了操作系统的实模式、保护模式与长模式，此文作为回顾。
x86 CPU 在第一次加电和每次 reset 后，都会自动进入实模式，要想进入保护模式，就需要程序员写代码实现从实模式切换到保护模式。
一.实模式
早期处理器8086 有 20 根地址线，可以寻址 1MB 内存。但是，它内部的寄存器16 位的，无法在程序中访问整个 1MB 内存。8086CPU将1MB存储空间分成许多逻辑段，每个段最大限长为64KB（但不一定就是64KB）。这样每个存储单元就可以用“段基地址+段内偏移地址”表示段基地址由16位段寄存器值左移4位表达，段内偏移表示相对于某个段起始位置的偏移量。这样就可以访问多达1M的内存。这就是大名鼎鼎的分段内存管理模型。
一个地址有段和偏移两部分组成，物理地址的计算公式为：
物理地址（physicaladdress）=段值（segment） * 16 + 偏移（offset）
其中，segment和offset都是16位的。
段寄存器是16位的，在段不重叠的情况下，最多可以将1MB的内存分成65536个段，段地址分别是0000H、0001H、0002H、0003H，……，一直到FFFFH
在这种模式下，系统计算实际地址的时候是按照对1M求模的方式进行的，这种技术被称为wrap-around。也就是说，当程序员给出超过1M（100000H-10FFEFH）的地址时，因为逻辑上正常，系统并不认为其访问越界而产生异常，而是自动从0开始计算（有时会破坏内存）。
实模式下的中断有硬件中断与软件中断（INT)两种，其实中断本质就是满足中断条件，转向某个地址执行，再返回原地址的下条指令的地址。中断地址也是基地址+偏移量构成的
二.保护模式
随着软件的规模不断增加，需要更高的计算量、更大的内存容量。此时CPU 的寄存器和运算单元都要扩展成 32 位的。但是实模式下CPU的处理就像脱缰的野马，CPU 对任何指令不加区分地执行，并且CPU 对访问内存的地址不加限制，保护模式由此而生。
保护模式相比于实模式，增加了一些控制寄存器和段寄存器，扩展通用寄存器的位宽，所有的通用寄存器都是 32 位的，还可以单独使用低 16 位，这个低 16 位又可以拆分成两个 8 位寄存器。
顾名思义，保护模式主要对内存起保护作用。为了实现对内存的保护，CPU 实现了特权级（权力向少数人开放？），特权级分为 4 级，R0~R3，每个特权级执行指令的数量不同，R0 可以执行所有指令，R1、R2、R3 依次递减。
在保护模式下地址的表示方式与实模式是一样的，都是：段（segment）:偏移（offset），不过保护模式下，“段”的概念发生了根本性的改变。实模式下，段值还是可以看作是地址的一部分，比如段值为xxxxh表示以xxxx0h开始的一段内存。而保护模式下，虽然段值仍然由原来的cs、ds等寄存器表示，但此时它就像一个向导，导向段描述表（描述一个段的信息封装成特定格式的段描述符，放在内存中一个段描述符有 64 位 8 字节数据，里面包含了段基地址、段长度、段权限、段类型等信息。多个段描述符在内存中形成全局段描述符表）。
保护模式下的中断要权限检查，还有特权级的切换。
三.长模式
长模式相比于保护模式，增加了一些通用寄存器，并扩展通用寄存器的位宽，所有的通用寄存器都是 64 位，还可以单独使用低 32 位。32 位可以拆分成一个低 16 位寄存器，低 16 位又可以拆分成两个 8 位寄存器。
长模式依然具备保护模式绝大多数特性，如特权级和权限检查。
长模式下中断门描述符格式发生变化。
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