写一个操作系统_06 内存寻址

保护模式

为什么要有保护模式

实模式是有很大弊端的，首先，直接操作物理内存，这样的话每次只能运行一个程序，并且不安全；另外，内存最大使用到1M，限制太大。

保护模式下，程序不能直接访问物理地址，程序的虚拟地址需要被转换为物理地址后再去访问，地址转换是由处理器和操作系统协作完成的，处理器在硬件上提供地址转换部件，操作系统提供转换过程中需要的页表。

保护模式的寄存器扩展

除段寄存器外，通用寄存器，指令指针寄存器，标志寄存器等都从16位升到了32位，因为段寄存器保留原来的16位也够用。

模式转换

bits伪指令用于指定处理器的运行模式，这一点是编译器和处理器约定的，操作数大小翻转前缀0x66和寻址方式反转前缀0x67用于将当前运行模式下的操作数大小和寻址方式转换成另一种模式。

内存寻址

地址转换

内存控制单元(MMU) 通过一种称为分段单元的硬件电路把一个逻辑地址转换成线性地址，接着，通过第二个称为分页单元的硬件电路把线性地址转换成物理地址。

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graph LR
逻辑地址-->线性地址
线性地址-->物理地址

全局描述符表

最初的操作系统是无法对内存段做访问限制，有了这样的需求以后，CPU厂商决定采用段描述符来实现相关的功能，在硬件一级上添加GDTR和LDTR来支持全局描述符表和局部描述符表，并由硬件负责周边的安全检测。当初的CPU厂商也并不是凭空制造出了这样一个概念，是与操作系统厂商共同协商后才有了一套硬件方面的支持。

如今x86架构的OS，大都都把分段视为是兼容性的考虑（类似于对实模式的处理），在系统初始化阶段象征性地初始化GDT，之后的运行就没分段啥事儿了。地址空间的保护模型都来自分页，像ARM体系结构就不支持分段，仅靠MMU进行保护。