保护模式编程 汇编语言

### 保护模式编程：汇编语言中的实模式与保护模式切换实例 在深入探讨保护模式编程之前，我们先简要回顾一下实模式和保护模式的基本概念。实模式是早期计算机系统（如基于8086处理器的系统）的默认操作模式，其中处理器的功能和资源受到限制，比如只能直接访问1MB的物理内存。相比之下，保护模式，特别是针对80386及其后续处理器，是一种更高级的操作模式，它提供了增强的安全性和功能，如更大的内存寻址能力（高达4GB）、存储器分段和分页机制，以及多任务处理支持。 #### 实模式与保护模式切换实例 要从实模式切换到保护模式，需要遵循一系列步骤，包括设置全局描述符表（GDT），加载GDT到处理器，以及修改控制寄存器CR0的PE位以启用保护模式。一旦进入保护模式，处理器将能够利用其全部32位地址线，从而极大地提高了内存寻址能力。 #### 分页机制 分页机制是保护模式下存储管理的关键组成部分，它允许将虚拟地址空间分割成固定大小的页面，通常为4KB。这不仅优化了内存管理，还通过页表结构实现了虚拟内存的概念，即程序可以在物理内存不足的情况下继续运行，未使用的页面可以存储在磁盘上，当需要时再调入内存。 #### 控制转移 在保护模式下，控制转移，包括函数调用和返回，中断和异常处理，都需要遵循特定的规则以确保安全性。例如，跨特权级别的控制转移会触发硬件检查，以确保调用者具有足够的权限执行特定操作。 #### 中断 中断在保护模式下也得到了改进，通过使用中断描述符表（IDT），处理器可以更高效地响应和处理外部设备或软件产生的中断请求。中断处理程序可以运行在不同的特权级别，这增强了系统的安全性和稳定性。 ### 存储管理机制详解 #### 目标 80386的存储管理机制旨在解决几个关键问题：一是提供巨大的物理地址空间（4GB），二是实现虚拟存储器，以超越实际物理内存的限制；三是提供代码和数据的保护和共享机制，支持多任务环境下的资源隔离。 #### 地址空间和地址转换 在保护模式下，虚拟地址空间（可达64TB）与物理地址空间（4GB）之间的映射通过分段和分页机制实现。虚拟地址首先通过分段机制转换为线性地址，然后（如果启用了分页）通过分页机制转换为物理地址。这种层次化的地址转换机制使得操作系统能够在有限的物理内存中运行大量进程，同时保持数据的完整性和安全性。 ### 结论 保护模式编程对于现代操作系统至关重要，它不仅提升了处理器的性能和效率，还通过引入复杂的存储管理和安全机制，为多任务和并发编程提供了坚实的基础。理解实模式与保护模式的切换、分页机制、控制转移和中断处理，对于开发高性能和安全的软件系统至关重要。