写操作系统（六）执着 实模式与保护模式对比学习

通过向各位老师和前辈学习，下面是我对实模式与保护模式的总结。

1.实模式（Real Mode）：16 bit processor modes。
     在前面所写的代码均为bit 16实模式
         特点：
（1）      Memory Address = (Segment Address * 16(decimal)) + Offset             物理地址=段地址*16+偏移地址
（2）      限制1MB的内存       由于地址总线为20位，所以寻址范围为1MB
（3）      限制段的最大长度为64k    由于偏移地址由16位寄存器给出，所以寻址范围为64K
（4）      没有虚拟存储/代码保护    由于实模式会出现Overlapped Segment，即段之间重叠，这样很容易越界
（5）      实模式下多为单任务，且由于寻址范围的限制，功能少。
2.保护模式（Protected Mode）：32 bit processor modes
     编写一个强大的内核，必然会用C之类的语言，而C是须32位的环境
特点：
（1）      地址由DT按“段地址”查到相应描述符，得到的真实地址+偏移
（2）      32位地址线，拥有4GB的寻址
（3）      实现虚拟存储和代码保护
 

3. 实模式下程序运行的条件的满足：
（1）         运行所需的指令用CS寄存器配合IP寄存器通知CPU指令的内存地址。
（2）         运行所需的数据由DS，ES，FS，GS，SS等不同用途的寄存器指定不同用途的数据在内存中的位置。
（3）         运行时所要调用系统服务子程序，用中断机制完成                                                                                     
4.   实模式与保护模式的最大区别：地址转换方式
（1）         实模式下，公式为：段寄存器=ES，段基址=ES*0X10，偏移地址=DI，物理地址=段基址+偏移地址（左移四位加偏移）。
（2）         保护模式下，选择子=ES，段基址=全局描述符中选择子指定描述符，偏移地址=DI，物理地址=段基址+偏移地址。
（3）         总结，映射方式的不同。实模式=左移四位；保护模式=查全局或局部描述表。
5.  实模式转变为保护模式的变化
（1）         数据段：是实模式下代码段，数据段，堆栈段，终端服务程序的统称
（2）         描述符：用来描述数据段，为8个字节，第5个字节说明说明描述符类型。描述符组成在一起成为描述符表，即地址转换表。
（3）       选择子：为2个字节，第2位表RPL，第三位说明是GDT还是LDT，最高13位描述符在描述表中的地址，13位的寻址范围恰为：8k。
6.    GDT/LDT的位置。GDR表示GDT在内存中的段地址和段限：段地址32位，段限16位=48位（即最大的段为64k，每个描述符为8k，所以共有64k/8=8k个）。同样，LDR表示LDT在内存的位置，但由于，LDR本身也是数据段，它须有描述符，且该描述符放在GDT中，因此，LDR只是比DS，ES等多了一个“选择子”，用于GDT中获得LDT的地址。
7.    中断服务的位置。中断/陷阱描述符构成中断描述符表（IDT），由全地址寄存器IDTR（48b=32+16）存放。注，虽然亦可有8k项，即8k个中断，但是x86之提供256个中断。
8.     由保护模式实现多任务的支持的理由：CR3寄存器（共32位，第12均为零）用于存放一级页表的内存地址。CR3会被当作任务环境的一部分当任务被切换时被存入到TSS数据段中。TSS数据段有一个 TSS描述符，存放于GDT中。另外，TR寄存器用于存放描述符的选择子。
9.      分页机制的作用：解决不同任务之间访问内存冲突的问题，即实现由逻辑地址向物理地址映射。方式为“页表”（两级页表）：
（1）         TSS：实现多任务起着重要的作用，通过它实现任务的切换，它将保存被切换出的任务的当前环境。
（2）         控制寄存器：用于控制和确定处理器操作模式以及当前模式
CR0：处理器当前模式和状态的系统控制标志。
CR1：保留。
CR2：含有导致错误的地址，页故障线性地址寄存器。
CR3：页目录基址。存放一级页表。
10.       总结：保护模式比实模式多了什么？
（1）         寄存器 GDR，LDR，IDR，TR，CR3
（2）         数据段，描述符表（GDT，LDT），任务数据段（TS），页表
（3）         机制,权限检测（利用选择子/描述符/页表项的属性位），线性地址到物理地址的映射