实模式/保护模式

Posted 2020-11-23 xt-xutao

 

## 实模式和保护模式

### 实模式
时间短，一般无法感知

CPU复位(reset)或加电(power on)的时候就是实模式启动，这个时候处理器是以实模式工作，不能实现权限分级，也不能访问20位以上的地址线，也就是只能访问1M内存（2^18bits, 18位地址线）

之后一般就是加载OS模块，进入保护模式

8086地址线是20位，寄存器是16位，采用：物理地址= 段地址<<4 + 偏移

从8086发展来的32位处理器地址线扩展到32位，有4GB寻址空间

在保护模式下，系统计算地址的时候是按照对1MB求模进行——Wrap-Around技术

### 保护模式
#### 起源
最开始的程序寻址是：段+偏移，这样的好处是程序员指定的地址就是物理地址，物理地址对程序员可见

这样带来的问题是：

1. 无法支持多任务
2. 程序的安全性无法得到保证

在windows的旧版本中，电脑时不时死机/蓝屏，这其实就是因为内存被破坏导致的。

因为在实模式中,将物理内存看成分段的区域，程序代码和数据位于不区域，系统程序和用户程序区别对待，而指针是任意的，如果用户程序指针指向了系统程序或其他用户程序区域，并改变了区域的数据，就会造成破坏，导致程序/系统崩溃


在保护模式下，全部32条地址线有效，4G寻址空间，存储器分段管理机制和分页管理机制等，不仅为存储器共享和保护提供了硬件支持，而且为实现虚存提供硬件支持。支持多任务，能快速进行任务切换和保护任务环境。

保护模式出现的原因是：**保护进程地址空间**，这样产生了一个结果——两种模式下的程序寻址方式发生了变化

#### 保护模式下的寻址方式和工作原理
地址同样是段+偏移，但是段的概念发生根本变化

 

段变成了一个索引，指向一个数据结构——全局描述符GDT（或是LDT），它定义了段的起始地址，界限、属性等。

GDT作用是提供段氏存储机制

在实模式中：段地址并非真正的物理地址，<<4+offset

在保护模式中，段地址是32位线性地址，如果未开启分页功能，该线性地址就是物理的地址

 

 

From PPT：

l  实模式就是用基地址+偏移量就可以直接拿到物理地址的模式

n  缺点：不安全

l  保护模式：不能直接拿到物理地址的模式

n  需要地址转换

n  从80386开始，是现代OS主要模式