首先來段題外話：之前我發(fā)現(xiàn)我貼出的代碼都沒有行號，給講解帶來不便。所以從現(xiàn)在起，我要給代碼加上行號。我寫博客用的這個(gè)插入代碼的插件，確實(shí)不支持自動插入行號。我真的沒有找到什么好方法，無奈之下，只能按照網(wǎng)友的說法，在VIM中給每行代碼加上行號，然后再貼出來。

在VIM中每一行都添加上行號的方法是：

:%s/^/\=line(".")/

對，只要執(zhí)行這個(gè)命令就可以了。至于為什么這樣寫，可以參考我的另一篇博文

《在VIM中添加行號的方法》http://blog.csdn.net/longintchar/article/details/50569851 ? ? ? ??
? ? ? ??

?

我們接著上篇博文 進(jìn)入保護(hù)模式（一）——《x86匯編語言：從實(shí)模式到保護(hù)模式》讀書筆記12 說。

?

（五）設(shè)置PE位

44 cli ;保護(hù)模式下中斷機(jī)制尚未建立，應(yīng) 45 ;禁止中斷 46 mov eax,cr0 47 or eax,1 48 mov cr0,eax ;設(shè)置PE位

第44行，用于關(guān)中斷。因?yàn)楸Ｗo(hù)模式下的中斷和實(shí)模式不同，所以原來的中斷向量表不再適用，BIOS中斷也不能再用，因?yàn)樗鼈兌际菍?shí)模式下的代碼。在重新配置保護(hù)模式下的中斷環(huán)境之前，我們必須關(guān)中斷。

CR0是處理器內(nèi)部的一個(gè)控制寄存器，也是32位的（如下圖，圖片來自趙炯的《Linux內(nèi)核完全剖析》）。

它的bit0是保護(hù)模式允許位（Protection Enable，PE）。當(dāng)PE=1時(shí)，則處理器進(jìn)入保護(hù)模式。

第46~48用于設(shè)置CR0的bit0為1.

（六）關(guān)于段寄存器

我們知道，32位模式下，段寄存器有CS,DS,ES,SS,FS,GS. 這些段寄存器每個(gè)都分為2個(gè)部分，一個(gè)是16位的可見部分，一個(gè)是隱藏部分，稱為描述符高速緩存器，用來存放段的線性基地址、段界限和段屬性。如下圖：

1.實(shí)模式下的內(nèi)存訪問

在32位處理器上的實(shí)模式下，假如執(zhí)行下面的代碼。

mov cx,0x2000 mov ds,cx mov [0xc0],al

CPU在把0x2000傳送到DS的同時(shí)，還會把0x2000左移4位（0x20000）,傳送到DS描述符高速緩存寄存器（段基地址部分僅低20位有效，高12位全部是0）。此后，只要不改變DS的內(nèi)容，那么每次訪問內(nèi)存都直接使用DS描述符高速緩存寄存器的內(nèi)容作為段地址。

2.保護(hù)模式下的內(nèi)存訪問

在保護(hù)模式下，實(shí)模式的6個(gè)段寄存器叫做“段選擇器”。盡管在訪問內(nèi)存的時(shí)候也要指定一個(gè)段，但是傳送到段選擇器的內(nèi)容不是邏輯段地址，而是段選擇子（也叫段選擇符）。

如下圖（圖片來自趙炯的《Linux內(nèi)核完全剖析》）所示，段選擇子由三部分組成。

• 請求特權(quán)級RPL（Requested Privilege Level）：提供了段保護(hù)信息，我們以后會學(xué)習(xí)。現(xiàn)在只需設(shè)置為00即可。
• 表指示標(biāo)志TI（Table Index）：TI=0時(shí)，表示描述符在GDT中；TI=1時(shí)，表示描述符在LDT（我們以后會學(xué)習(xí)）中。
• 索引值（Index）：描述符在GDT或者LDT中的索引項(xiàng)號。

為了說明保護(hù)模式下的內(nèi)存訪問，我們回到代碼。

56 mov cx,00000000000_10_000B ;加載數(shù)據(jù)段選擇子(0x10) 57 mov ds,cx 58 59 ;以下在屏幕上顯示"Protect mode OK." 60 mov byte [0x00],'P' 61 mov byte [0x02],'r' 62 mov byte [0x04],'o' 63 mov byte [0x06],'t' 64 mov byte [0x08],'e' 65 mov byte [0x0a],'c' 66 mov byte [0x0c],'t'

第56、57行，將段選擇子10000b傳到段選擇器DS中，從段選擇子可以看出，RPL=0；TI=0（表示GDT）；索引號為2；

當(dāng)處理器執(zhí)行任何改變段選擇器的指令時(shí)（比如mov、jmp far、call far、iret、retf等），就將指令中提供的索引號*8作為偏移地址，同GDTR寄存器中的線性基地址相加，然后訪問GDT。如果沒有什么問題（比如超過了GDT的界限），就把找到的描述符加載到不可見的描述符高速緩存寄存器。此后，每當(dāng)有訪問內(nèi)存的指令時(shí)，就不再訪問GDT中的描述符，而是直接使用段寄存器的描述符高速緩存寄存器。

結(jié)合代碼來說，第57行，處理器把2*8（=16）作為偏移地址，同GDTR的內(nèi)容（內(nèi)容為0x00007e00）相加，得到0x0000_7e16，根據(jù)這個(gè)地址找到描述符（就是我們之前創(chuàng)建的#2描述符）

27 ;創(chuàng)建#2描述符，保護(hù)模式下的數(shù)據(jù)段描述符（文本模式下的顯示緩沖區(qū)） 28 mov dword [bx+0x10],0x8000ffff 29 mov dword [bx+0x14],0x0040920b

然后，把這個(gè)描述符加載到高速緩存寄存器（包括線性基地址0x000b8000，段界限，段屬性）。

第60行，執(zhí)行這條指令時(shí)，處理器用DS描述符高速緩存寄存器中的線性基地址（0x000b8000，文本模式的顯存起始地址）加上指令中的偏移量0x00，形成32位的物理地址0x000b8000，并將字符‘P’寫入該處。

不僅僅是訪問數(shù)據(jù)段，處理器訪問代碼段取指令的時(shí)候，也是采用相同的方法。假設(shè)CS描述符高速緩存寄存器已經(jīng)裝載了正確的32位線性基地址，那么處理器取指令的時(shí)候，會使用CS描述符高速緩存寄存器中的32位線性基地址加上EIP中的偏移量，構(gòu)成32位的物理地址，根據(jù)這個(gè)物理地址從內(nèi)存中取得指令。

（七）清空流水線并串行化處理器

正如前文所述，即使在實(shí)模式下，段寄存器的高速緩存寄存器也被用于訪問內(nèi)存。當(dāng)處理器進(jìn)入保護(hù)模式后，高速緩存寄存器的內(nèi)容依然殘留，但是這些內(nèi)容在保護(hù)模式下是無效的。因此，比較安全的做法是盡快刷新段選擇器，包括描述符高速緩存寄存器。

另外，在進(jìn)入保護(hù)模式之前，很多指令已經(jīng)進(jìn)入了流水線。因?yàn)樘幚砥鞴ぷ髟趯?shí)模式下，所以它們都是按照16位操作數(shù)和地址長度進(jìn)行譯碼的，即使是那些用bits32編譯的指令，為了防止執(zhí)行結(jié)果不正確，所以必須清空流水線。還用，那些通過亂序執(zhí)行得到的中間結(jié)果也是無效的，所以必須清理掉，讓處理器串化執(zhí)行。

為了達(dá)到上述目的，我們可以采用遠(yuǎn)轉(zhuǎn)移指令jmp或者遠(yuǎn)過程調(diào)用指令call。遇到這類指令，處理器一般會清空流水線并且串化執(zhí)行；另一方面，遠(yuǎn)轉(zhuǎn)移會重新加載CS，并刷新描述符高速緩存寄存器的內(nèi)容。所以，強(qiáng)烈建議在設(shè)置了PE位后，立刻用jmp或者call轉(zhuǎn)移到當(dāng)前指令流的下一條指令上。

于是代碼中有：

50 ;以下進(jìn)入保護(hù)模式... ... 51 jmp dword 0x0008:flush ;16位的描述符選擇子：32位偏移 52 ;清流水線并串行化處理器 53 [bits 32] 54 55 flush: 56 mov cx,00000000000_10_000B ;加載數(shù)據(jù)段選擇子(0x10) 57 mov ds,cx

第51行，是一條遠(yuǎn)轉(zhuǎn)移指令。如果你忘記了jmp的用法，沒有關(guān)系，可以參考我的另一篇博文8086處理器的無條件轉(zhuǎn)移指令——《x86匯編語言：從實(shí)模式到保護(hù)模式》讀書筆記13。

這條指令和位于它前面的指令一樣，是默認(rèn)用[bits 16]編譯的。但是因?yàn)槭褂昧岁P(guān)鍵字dword（注意：這里的dword是修飾偏移地址flush的），所以編譯后的偏移地址是32位的。

如果51行這樣寫：

51 jmp 0x0008:flush ;16位的描述符選擇子：16位偏移

這樣寫是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹Ｒ驗(yàn)檫@樣編譯出來的目標(biāo)地址是16位的。如果flush代表的地址是0x12345678，那么編譯后會被截?cái)喑蔀?x5678，這顯然是錯的。所以這個(gè)跳轉(zhuǎn)一定要加dword.

注意：因?yàn)樵O(shè)置了PE位，所以現(xiàn)在已經(jīng)處于保護(hù)模式下了。所以處理器會把第一個(gè)操作數(shù)（0x0008）理解為段選擇子，而不是是模式下的邏輯段基址。當(dāng)51行的指令執(zhí)行時(shí)，處理器會把選擇子0x0008（索引號為1，TI=0，RPL=00）加載到CS，并把#1描述符（定義了一個(gè)代碼段，基地址是0x7c00，段界限是0x1ff，長度為0x200）加載到CS描述符高速緩存寄存器中。所以程序會轉(zhuǎn)移到基地址為0x0000_7c00的代碼段內(nèi)的某個(gè)位置執(zhí)行。這個(gè)位置取決于偏移地址。偏移地址就是標(biāo)號flush的匯編地址（因?yàn)橹付薲word，所以編譯后是32位的），處理器會用這個(gè)32位的數(shù)值來代替EIP的原有內(nèi)容。于是，程序就轉(zhuǎn)移到flush處了。

第53行，使用了偽指令[bits 32]，從這以后，指令是按照32位編譯的。因?yàn)橹噶顖?zhí)行到這里的時(shí)候，已經(jīng)真真正正地進(jìn)入了保護(hù)模式了。

（八）進(jìn)入保護(hù)模式的主要步驟

我們總結(jié)一下進(jìn)入保護(hù)模式的主要步驟：

1.安裝段描述符，構(gòu)造GDT

2.用lgdt指令加載GDTR

3.打開A20

4.設(shè)置CR0的PE位為1

5.跳轉(zhuǎn)，真正進(jìn)入保護(hù)保護(hù)模式。

（九）在屏幕上顯示字符

55 flush: 56 mov cx,00000000000_10_000B ;加載數(shù)據(jù)段選擇子(0x10) 57 mov ds,cx 58 59 ;以下在屏幕上顯示"Protect mode OK." 60 mov byte [0x00],'P' 61 mov byte [0x02],'r' 62 mov byte [0x04],'o' 63 mov byte [0x06],'t' 64 mov byte [0x08],'e' 65 mov byte [0x0a],'c' 66 mov byte [0x0c],'t' 67 mov byte [0x0e],' ' 68 mov byte [0x10],'m' 69 mov byte [0x12],'o' 70 mov byte [0x14],'d' 71 mov byte [0x16],'e' 72 mov byte [0x18],' ' 73 mov byte [0x1a],'O' 74 mov byte [0x1c],'K'

56、57行，前文已經(jīng)說過，令DS指向文本模式的顯示緩沖區(qū)。

60~74行，就是在屏幕左上角顯示"Protect mode OK." 需要說明的是：不管是實(shí)模式還是保護(hù)模式，外圍設(shè)備是不受影響的。

最后注意一點(diǎn)：

保護(hù)模式下，不允許使用mov指令改變段寄存器CS的內(nèi)容。比如

mov cs,ax

這樣寫是不對的。這樣做會導(dǎo)致處理器產(chǎn)生一個(gè)無效操作碼的異常中斷。

與50位技術(shù)專家面對面20年技術(shù)見證，附贈技術(shù)全景圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的进入保护模式（二）——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记14的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。