上一篇文章學(xué)習(xí)了段描述符與段描述符各個(gè)標(biāo)志位的含義：段描述符

本篇文章學(xué)習(xí)如何進(jìn)入保護(hù)模式，并學(xué)習(xí)如何在保護(hù)模式下進(jìn)行內(nèi)存訪問。

1、如何進(jìn)入保護(hù)模式

假設(shè)我們已經(jīng)用匯編語言將段描述符安裝到GDT中（具體的匯編代碼在后面的文章中會(huì)給出），并且也已經(jīng)將GDTR的線性地址與界限值加載到了GDTR中。現(xiàn)在前期的準(zhǔn)備已經(jīng)準(zhǔn)備好了，可以直接進(jìn)入到保護(hù)模式了。那么如何進(jìn)入到保護(hù)模式呢？

控制實(shí)模式與保護(hù)模式切換的一個(gè)控制器是CR0寄存器。CR0是處理器內(nèi)部的一個(gè)控制寄存器。

CR0是32位寄存器。如下圖：

它的第一位（位0）是保護(hù)模式允許位（PE位）。如果把該位置1，則處理器進(jìn)入保護(hù)模式的規(guī)則下運(yùn)行。其他位暫時(shí)不用，所以顯示的空白。以后學(xué)習(xí)過程中會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)。

好了，只要我們?cè)賲R編代碼中將CR0寄存器的PE位置1，則進(jìn)入保護(hù)模式的規(guī)則。現(xiàn)在假設(shè)我們已經(jīng)進(jìn)入了保護(hù)模式。

2、進(jìn)入保護(hù)模式后如何訪問內(nèi)存

2.1、32位處理器的段寄存器

我們很清楚16位的8086處理器的是如何通過段寄存器來訪問內(nèi)存的。

在保護(hù)模式下，32位的處理器中。段寄存器有所變化。如下圖是32位處理器的段寄存器：

每個(gè)段寄存器的前16位于8086的寄存器一樣，在實(shí)模式下，他們用傳統(tǒng)的方式訪問1M內(nèi)存，使用方法沒有變化。

同時(shí)每個(gè)段寄存器還包括一個(gè)不可見的部分，如上述圖的紅色部分，稱為描述符高速緩存器，用來存放所要訪問的段的線性地址、段界限和屬性。

說它不可見是因?yàn)橹挥刑幚砥骺梢栽L問，只能是處理器來使用。

那么保護(hù)模式下，是如何聽過上述的段寄存器訪問內(nèi)存的呢？

在保護(hù)模式中，前16位的段寄存器稱為段選擇器。 將段描述符在GDT中的索引號(hào)傳送給段選擇器。

如下圖所示，是段選擇器里的內(nèi)容。

在保護(hù)模式下訪問一個(gè)段時(shí)，傳送到段選擇器的是段選擇子。它由上述三部分組成。

• 描述符索引： 用來在描述符表（GDT）中找到一個(gè)段描述符。
• TI ：描述符表指示器。TI=0時(shí)，表示描述符在GDT中。TI=1時(shí)表示描述符在LDT中。LDT是局部描述符表，在后面會(huì)有所介紹。
• RPL ：請(qǐng)求特權(quán)級(jí)，表示給出當(dāng)前選擇字的能程序的特權(quán)級(jí)，正式該程序要訪問這個(gè)內(nèi)存段。

2.2、開始訪問內(nèi)存

到了這里，我們知道了段選擇器的作用，就是用來索引段描述符的。現(xiàn)在還不知道描述符高速緩存器的作用呢？？？ 不著急，馬上就來。

假設(shè)現(xiàn)在我們要訪問的是數(shù)據(jù)段。

DS寄存器的段選擇器中存放的是數(shù)據(jù)段描述符在GDT中的索引號(hào)，而GDTR寄存器又保存的是GDT的基地址。GDT中每一個(gè)描述符的大小是8字節(jié)。那么訪問數(shù)據(jù)段的內(nèi)容，就如下圖所示了：

在第一次訪問數(shù)據(jù)段的時(shí)候， 首先將之前傳送到段選擇器的段選擇子部分的描述符的索引號(hào)乘以8，得到描述符在GDT中的偏移地址。再用這個(gè)偏移地址加上GDT的基地址GDTR指向的內(nèi)容，就可以訪問到內(nèi)存中的段。

如果沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，就自動(dòng)的找到數(shù)據(jù)段描述符，將它加載到段寄存器的描述符高速緩存部分。加載的部分包括數(shù)據(jù)段的線性地址、段界限、與訪問屬性。

此后，如果再有訪問數(shù)據(jù)段的內(nèi)存操作，處理器直接訪問段寄存器的描述符高速緩存部分的內(nèi)容，而不用像開始那樣還用段選擇子部分的描述符索引號(hào)乘以8加上GDTR指向的GDT基地址。不用那么麻煩了，以后如果還訪問數(shù)據(jù)段，直接在數(shù)據(jù)段的描述符高速緩存中查找段的地址以及訪問屬性即可。

比如接下來如果有一條指令mov byte [0x00],'P' 假設(shè)現(xiàn)在的DS中的描述符高速緩存存的數(shù)據(jù)段的線性地址是 0x000B8000，那么上述指令的訪問就如下圖所示：

不只是訪問數(shù)據(jù)段。訪問代碼段也是與上述過程類似。只不過指令的偏移地址一般是由EIP寄存器指定。那么訪問一個(gè)內(nèi)存中的指令大概就是下面的過程：

到了這里，我們已經(jīng)很明白段寄存器中的描述符高速緩存的作用。它其實(shí)就是一個(gè)cache的作用。

3、總結(jié)

本篇文章有點(diǎn)繞。但是只要很用心的看，多看幾遍，肯定會(huì)看明白保護(hù)模式下的內(nèi)存訪問機(jī)制。

筆記記得不是很全，如果有不懂的可以加我聯(lián)系方式一起交流。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【OS学习笔记】十五 保护模式三：保护模式下的内存访问机制的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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