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2012年(372)

分类: 虚拟化

2012-02-28 13:14:41

实模式与保护模式


1.实模式,又叫实地址模式,CPU完全按照8086的实际寻址方法访问从00000h--FFFFFh1MB大小)的地址范围的内存,在这种模式下,CPU只能做单任务运行;寻址公式为:物理地址=左移4位的段地址+偏移地址,即:物理地址是由16位的段地址和16位的段内偏移地址组成的。


2.保护模式,又叫内存保护模式,寻址采用32位段和偏移量,最大寻址空间4GB,在这种模式下,系统运行于多任务,设计这种模式的原因和好处是:保护模式增加了寻址空间,增加了对多任务的支持,增加了段页式寻址机制的内存管理(分段机制使得段具有访问权限和特权级,各应用程序和操作系统的代码和核心是被保护的,这也是多任务支持的实现关键和保护这个名字的由来)。寻址过程为:物理地址=由段地址查询全局描述符表中给出的段基址+偏移地址,即:物理地址由影像寄存器中的基址加上16位或者32位的偏移组成。


 1:实模式
CPU启动的时候的模式
这时候就相当于一个速度超快的8086
不能使用多线程
不能实现权限分级
还不能访问20位以上地址线,也就是说只能访问1M内存(!!!)

2:保护模式
操作系统接管CPU.
会使CPU进入保护模式.
这时候可以发挥80x86的所有威力..
包括权限分级.内存分页.等等等等各种功能


  

   80386开始,cpu有三种工作方式:实模式,保护模式和虚拟8086模式。只有在刚刚启动的时候是real-mode,等到linux操作系统运行起来以后就运行在保护模式。实模式只能访问地址在1M以下的内存称为常规内存,我们把地址在1M以上的内存称为扩展内存。在保护模式下,全部32条地址线有效,可寻址高达4G字节的物理地址空间;扩充的存储器分段管理机制和可选的存储器分页管理机制,不仅为存储器共享和保护提供了硬件支持,而且为实现虚拟存储器提供了硬件支持;支持多任务,能够快速地进行任务切换和保护任务环境;4个特权级和完善的特权检查机制,既能实现资源共享又能保证代码和数据的安全和保密及任务的隔离;支持虚拟8086方式,便于执行8086程序。

     
虚拟8086模式是运行在保护模式中的实模式,为了在32位保护模式下执行纯16位程序。它不是一个真正的CPU模式,还属于保护模式。

     
保护模式同实模式的根本区别是进程内存受保护与否。可寻址空间的区别只是这一原因的果。实模式将整个物理内存看成分段的区域,程序代码和数据位于不同区域,系统程序和用户程序没有区别对待,而且每一个指针都是指向"实在"的物理地址。这样一来,用户程序的一个指针如果指向了系统程序区域或其他用户程序区域,并改变了值,那么对于这个被修改的系统程序或用户程序,其后果就很可能是灾难性的。为了克服这种低劣的内存管理方式,处理器厂商开发出保护模式。这样,物理内存地址不能直接被程序访问,程序内部的地址(虚拟地址)要由操作系统转化为物理地址去访问,程序对此一无所知。

     
至此,进程(这时我们可以称程序为进程了)有了严格的边界,任何其他进程根本没有办法访问不属于自己的物理内存区域,甚至在自己的虚拟地址范围内也不是可以任意访问的,因为有一些虚拟区域已经被放进一些公共系统运行库。这些区域也不能随便修改,若修改就会有:SIGSEGVlinux段错误);非法内存访问对话框(windows对话框)。

 
  CPU
启动环境为16位实模式,之后可以切换到保护模式。但从保护模式无法切换回实模式
     

事实上,现在的64位奔腾4处理器,拥有三种基本模式和一种扩展模式。

b).基本模式:
                
保护模式:纯32位保护执行环境。
                
实模式:纯16位无保护执行环境。
                
系统管理模式:当SMI引脚为有效进入系统管理模式,首先保存当前的CPU上下文。它有独立的地址空间,用来执行电源管理或系统安全方面的指令。
b).
扩展模式:
           
IA-32e
模式:64位操作系统运行在该模式。该模式有两种子模式:
           1
)兼容模式:该模式下,64位操作系统运行在32位兼容环境,能正常运行1632位应用程序就像基本的保护模式一样,访问32位地址空间,但不能运行纯16位实模式程序(就是不能运行虚拟86模式程序了)。
          
2
64位模式:在该模式下,处理器完全执行64位指令,使用64位地址空间和64操作数,运行1632位程序必须切换到兼容模式。
        
 IA-32e
子模式的切换完全基于代码段寄存器。这样一来,运行在IA-32e模式中(64位)的OS完全可以无缝的运行所有163264为应用程序,通过设置32位后的CS

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