intel80x86保护模式

**Intel 80x86保护模式详解** Intel 80x86系列处理器的保护模式是一种高级的执行模式，它允许系统实现多任务、内存保护以及虚拟内存等功能，极大地提升了计算机系统的安全性与效率。这一模式是现代操作系统如Windows、Linux和Unix的基础。 **一、保护模式的引入** 在早期的实地址模式下，每个程序都能直接访问所有的物理内存，这导致了严重的安全问题和资源管理困难。为了解决这些问题，Intel引入了保护模式，它允许操作系统划分内存空间，限制不同进程之间的相互影响，同时引入了分页机制来实现虚拟内存。 **二、保护模式的关键特性** 1. **分段机制**：在保护模式下，内存被划分为多个段，每个段都有独立的基地址和长度。段选择子（selector）指向段寄存器，段寄存器再指向段起始地址和段限长，这样就实现了对内存的逻辑地址到物理地址的转换。 2. **分页机制**：进一步细化内存管理，将内存划分为固定大小的页。通过页表和页目录，将逻辑地址转换为物理地址，实现了地址空间的隔离和内存保护。 3. **特权级**：保护模式设置了四个不同的特权级别（Ring 0 - Ring 3），其中Ring 0为最高权限，通常由操作系统内核使用，而Ring 3则为应用程序使用。不同特权级的指令执行权限不同，防止了低权限代码对高权限资源的非法访问。 4. **描述符表**：包括全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT），存储段选择子，用于管理和查找段信息。 5. **中断和异常处理**：保护模式下，中断和异常处理更加灵活和安全，可以通过中断描述符表（IDT）进行管理，每个中断或异常都对应一个处理程序。 6. **内存保护**：通过访问权限位和粒度位，可以设置每个段和页面的读、写和执行权限，确保了内存的安全性。 7. **虚拟内存**：通过分页机制和页表，实现物理内存和虚拟内存的映射，使得程序可以运行在比实际物理内存更大的地址空间中。 **三、80x86处理器的保护模式切换** 从实地址模式切换到保护模式需要一系列步骤，包括设置控制寄存器（如CR0）、加载描述符表、设置段寄存器等。其中，将CR0的PG（分页）和PE（保护模式启用）位设置为1，是启动分页和保护模式的关键。 **四、保护模式的应用** 保护模式不仅在个人计算机上应用广泛，也在服务器和嵌入式系统中发挥着重要作用。它使得多任务操作系统能够安全地并行运行多个进程，同时提供了内存保护和虚拟内存，提高了系统的稳定性和可靠性。 总结，Intel 80x86保护模式是现代计算机系统的核心组成部分，它的分段和分页机制、特权级设计以及内存保护策略，为复杂操作系统的高效运行提供了坚实的硬件基础。理解并熟练掌握这些概念，对于进行系统级编程和底层开发至关重要。