CPU 模式

大部分CPU 至少都有兩種CPU 模式。CPU 模式也稱為特權級，它會根據CPU 的工作模式限制可以執行的


操作。CPU 模式中，全部指令可以無限制執行的模式稱為內核模式（Kernel Mode）或管理者模式


（Supervisor Mode），操作系統等系統軟件需要在內核模式下工作。反之，可執行的指令被限制的模式


稱為用戶模式（User Mode），應用軟件通常在用戶模式下工作。用戶模式中被限制的操作包括CPU 控制


寄存器的訪問、改變CPU 狀態的指令等。如果應用程序擅自更改CPU 的狀態，最壞會導致操作系統崩潰


。因此，需要根據CPU 模式管理各種軟件的權限。


大多情況下，CPU 的控制寄存器內都有可以設置CPU 模式的區域。在從高權限的內核模式轉換到低權限


的用戶模式時，可以通過操作控制寄存器來實現。反之，如果要從低權限的用戶模式轉換到高權限的內


核模式，需要使用專用的指令。
========

CPU三種工作模式

?
?一直以來，都搞不清楚這幾個概念。在網上搜了一下，把它曬上，不會再忘記！?


? ? ? 從80386開始，cpu有三種工作方式：實模式，保護模式和虛擬8086模式。只有在剛剛啟動的時候


是real-mode，等到linux操作系統運行 起來以后就運行在保護模式。實模式只能訪問地址在1M以下的內


存稱為常規內存，我們把地址在1M 以上的內存稱為擴展內存。在保護模式下，全部32條地址線有效，可


尋址高達4G字節的物理地址空間; 擴充的存儲器分段管理機制和可選的存儲器分頁管理機制，不僅為存


儲器共享和保護提供了硬件支持，而且為實現虛擬存儲器提供了硬件支持; 支持多任務，能夠快速地進


行任務切換和保護任務環境; 4個特權級和完善的特權檢查機制，既能實現資源共享又能保證代碼和數據


的安全和保密及任務的隔離; 支持虛擬8086方式，便于執行8086程序。


? ? ? 虛擬8086模式是運行在保護模式中的實模式，為了在32位保護模式下執行純16位程序。它不是一


個真正的CPU模式，還屬于保護模式。?


? ? ? 保護模式同實模式的根本區別是進程內存受保護與否。可尋址空間的區別只是這一原因的果。實


模式將整個物理內存看成分段的區域,程序代碼和數據位于不同 區域，系統程序和用戶程序沒有區別對


待，而且每一個指針都是指向"實在"的物理地址。這樣一來，用戶程序的一個指針如果指向了系統程序


區域或其他用戶程序 區域，并改變了值，那么對于這個被修改的系統程序或用戶程序，其后果就很可能


是災難性的。為了克服這種低劣的內存管理方式，處理器廠商開發出保護模式。這 樣，物理內存地址不


能直接被程序訪問，程序內部的地址（虛擬地址）要由操作系統轉化為物理地址去訪問，程序對此一無


所知。


? ? ? 至此，進程（這時我們可以稱程序 為進程了）有了嚴格的邊界，任何其他進程根本沒有辦法訪問


不屬于自己的物理內存區域，甚至在自己的虛擬地址范圍內也不是可以任意訪問的，因為有一些虛擬區?


域已經被放進一些公共系統運行庫。這些區域也不能隨便修改，若修改就會有: SIGSEGV（linux 段錯誤


）;非法內存訪問對話框（windows 對話框）。


? ? ? CPU啟動環境為16位實模式，之后可以切換到保護模式。但從保護模式無法切換回實模式?
? ? ??
? ? ?事實上，現在的64位奔騰4處理器，擁有三種基本模式和一種擴展模式，?
? ? ?基本模式：?
? ? ? ? ? ? ? ? ?保護模式：純32位保護執行環境。
? ? ? ? ? ? ? ? ?實模式：純16位無保護執行環境。?
? ? ? ? ? ? ? ? ?系統管理模式：當SMI引腳為有效進入系統管理模式，首先保存當前的CPU上下文。它


有獨立的地址空間，用來執行電源管理或系統安全方面的指令。?
? ? ?擴展模式：
? ? ? ? ? ? ? ? ?IA-32e模 式: 64位操作系統運行在該模式。該模式有兩種子模式:?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?1）兼容模式：該模式下，64位操作系統運行在32位兼容環境，


能正常運行16，32位應用程序就像基本的保護模式一樣，
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 訪問32位地址空間，但不能 運行純16位


實模式程序（就是不能運行虛擬86模式程序了）。?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?2）64位模式：在該模式下，處理器完全執行64位指令，使用64


位地址空間和64操作數，運行16，32位程序必須切換到兼容模式。
? ? ? ? ? ? ? ? ?IA-32e子模式的切換完全基于代碼段寄存器。這樣一來，運行在IA-32e模式中（64位


）的OS完全可以無縫的運行所有16，32，64為應用程序，
? ? ? ? ? ? ? ? ?通過設置32位后的CS。
========

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CPU模式学习总结的全部內容，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站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。