4.1保护模式概述

为什么需要保护模式

实模式缺点

1.实模式下操作系统和用户程序属于同一特权级

2. 用户程序所引用的地址都是指向真实的物理地址, 也就是说逻辑地址等于物理地址。

3. 用户程序可以自由修改段基址, 这样对于系统来说这样是不行的，因为一旦随意改变物理内存中的值，那么很容易造成系统崩溃。

4.访问超过64KB的内存区域时要切换段基址， 转来转去容易晕乎。

4. 每次只能运行一个程序打无法充分利用用计算机资源。

5. 共20条地址线， 最大可用内存为1M.

为了克服以上缺点开发出保护模式。这样物理内存不能直接被程序访问，程序内部的地址（虚拟地址）需要被转化为物理地址后再去访问。程序对此一无所知。地址转换是由处理器和操作系统共同协作完成，处理器在硬件上提供地址转换部件，操作系统提供转换过程中所需要的页表。

4.2初见保护模式

1寄存器方面的改变

为了让一个寄存器就能够访问4GB空间，需要寄存器宽度提升到32位。

除段寄存器外，通用寄存器，指令指针寄存器，标志寄存器都由原来的16位扩展成32位。

因为在实模式下段寄存器中存放的是描述子，描述子只用16位就可以成功表示。

寄存器中低 16 位的部分是为了兼容实模式，可以单独使用。 高 16 位没办法单独使用，只能在用 32位寄存器时才有机会用到它们。

1.段描述符是在内存中， 访问内存对 CPU来说是比较慢的动作, 效率不高。

2.段描述符的格式很奇怪， 一个数据要分三个地方存, 所以 CPU 要把这些七零八落的数拼合成一个完整数据也是要花时间的。

根据上面的两点，CPU为了提高效率，CPU 每次将千辛万苦获取到的内存段信息， 整理成“完整的、 通顺、 不鳖脚” 的形式后, 存入段描述符缓冲寄存器,以后每次访问相同的段时, 就直接读取该段寄存器对应的段描述符缓冲寄存器。

1985 年推出了首款 32 位处理器 80386, 它的地址总线和寄存器都是32位的。 结果图 4-2 中的80286 段描述符缓冲寄存器结构的 base部分， 这是个 32 位的段基址， 位于该结构的第 32~63 位。 这样，段基址是 32 位， 单独的一个寄存器也是 32 位, 任意一个段都可以访问到4GB 空间啦， 不用再变化段基址了甚至段基址可以是 0, 光用段内偏移就可以指向4GB 空间任意角落 这就开启了 “平坦模式” 的时代, 大大方便了开发人员的工作。

保护模式之寻址拓展

在保护模式下， 这一切都不同了, 同样是内存寻址中， 基址寄存器不再只是 bx、 _

bp, 而是所有 32 位的通用寄存器， 变址寄存器也是一样, 不再只是 si’、 di, 而是除 esp之外的所有 32位通用寄存器， 偏移量由实模式的 16 位变成了 32 位。还可以对变址寄存器乘以一个比例因子,比例因子， 只能是 l、 2、 4、 8。

保护模式之运行模式反转

bits 的指令格式是[bits16] 或 [bits 32]。

[bits 16]是告诉编译器， 下面的代码帮我编译成 16 位的机器码。

[bits32]是告诉编译器, 下面的代码帮我编译成 32 位的机器码。

进入保护模式下需要的三个步骤：

1.打开A20

2.加载gdt

3.将cr0的be位设置为1

在十六位模式下可以反转成三十二位

在三十二位模式下可以反转成十六位

机器码66前缀就是反转码前缀

不同模式之间可以使用对方模式下的操作数，还可以使用对方模式下的寻址方式。

保护模式下的指令拓展

其实拓展的就是根据字节数大小不一样来的，自行推理即可。