上一篇文章學習了段描述符與段描述符各個標志位的含義：段描述符

本篇文章學習如何進入保護模式，并學習如何在保護模式下進行內存訪問。

1、如何進入保護模式

假設我們已經用匯編語言將段描述符安裝到GDT中（具體的匯編代碼在后面的文章中會給出），并且也已經將GDTR的線性地址與界限值加載到了GDTR中。現在前期的準備已經準備好了，可以直接進入到保護模式了。那么如何進入到保護模式呢？

控制實模式與保護模式切換的一個控制器是CR0寄存器。CR0是處理器內部的一個控制寄存器。

CR0是32位寄存器。如下圖：

它的第一位（位0）是保護模式允許位（PE位）。如果把該位置1，則處理器進入保護模式的規則下運行。其他位暫時不用，所以顯示的空白。以后學習過程中會繼續學習。

好了，只要我們再匯編代碼中將CR0寄存器的PE位置1，則進入保護模式的規則。現在假設我們已經進入了保護模式。

2、進入保護模式后如何訪問內存

2.1、32位處理器的段寄存器

我們很清楚16位的8086處理器的是如何通過段寄存器來訪問內存的。

在保護模式下，32位的處理器中。段寄存器有所變化。如下圖是32位處理器的段寄存器：

每個段寄存器的前16位于8086的寄存器一樣，在實模式下，他們用傳統的方式訪問1M內存，使用方法沒有變化。

同時每個段寄存器還包括一個不可見的部分，如上述圖的紅色部分，稱為描述符高速緩存器，用來存放所要訪問的段的線性地址、段界限和屬性。

說它不可見是因為只有處理器可以訪問，只能是處理器來使用。

那么保護模式下，是如何聽過上述的段寄存器訪問內存的呢？

在保護模式中，前16位的段寄存器稱為段選擇器。 將段描述符在GDT中的索引號傳送給段選擇器。

如下圖所示，是段選擇器里的內容。

在保護模式下訪問一個段時，傳送到段選擇器的是段選擇子。它由上述三部分組成。

• 描述符索引： 用來在描述符表（GDT）中找到一個段描述符。
• TI ：描述符表指示器。TI=0時，表示描述符在GDT中。TI=1時表示描述符在LDT中。LDT是局部描述符表，在后面會有所介紹。
• RPL ：請求特權級，表示給出當前選擇字的能程序的特權級，正式該程序要訪問這個內存段。

2.2、開始訪問內存

到了這里，我們知道了段選擇器的作用，就是用來索引段描述符的。現在還不知道描述符高速緩存器的作用呢？？？ 不著急，馬上就來。

假設現在我們要訪問的是數據段。

DS寄存器的段選擇器中存放的是數據段描述符在GDT中的索引號，而GDTR寄存器又保存的是GDT的基地址。GDT中每一個描述符的大小是8字節。那么訪問數據段的內容，就如下圖所示了：

在第一次訪問數據段的時候， 首先將之前傳送到段選擇器的段選擇子部分的描述符的索引號乘以8，得到描述符在GDT中的偏移地址。再用這個偏移地址加上GDT的基地址GDTR指向的內容，就可以訪問到內存中的段。

如果沒有發現什么問題，就自動的找到數據段描述符，將它加載到段寄存器的描述符高速緩存部分。加載的部分包括數據段的線性地址、段界限、與訪問屬性。

此后，如果再有訪問數據段的內存操作，處理器直接訪問段寄存器的描述符高速緩存部分的內容，而不用像開始那樣還用段選擇子部分的描述符索引號乘以8加上GDTR指向的GDT基地址。不用那么麻煩了，以后如果還訪問數據段，直接在數據段的描述符高速緩存中查找段的地址以及訪問屬性即可。

比如接下來如果有一條指令mov byte [0x00],'P' 假設現在的DS中的描述符高速緩存存的數據段的線性地址是 0x000B8000，那么上述指令的訪問就如下圖所示：

不只是訪問數據段。訪問代碼段也是與上述過程類似。只不過指令的偏移地址一般是由EIP寄存器指定。那么訪問一個內存中的指令大概就是下面的過程：

到了這里，我們已經很明白段寄存器中的描述符高速緩存的作用。它其實就是一個cache的作用。

3、總結

本篇文章有點繞。但是只要很用心的看，多看幾遍，肯定會看明白保護模式下的內存訪問機制。

筆記記得不是很全，如果有不懂的可以加我聯系方式一起交流。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的【OS学习笔记】十五 保护模式三：保护模式下的内存访问机制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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