CPU执行模式与寻址

作者: VicX | 来源:发表于2016-04-16 13:32 被阅读336次

主要要区分Real Mode和Protected Mode

Real Mode

是一种16位模式(指令的操作数长度为16bit),在80386之前,8086和80286都是采用16位模式。因此出于兼容考虑,所有x86CPU都是以Real Mode开始执行

拥有6个16位的段寄存器CS, DS, ES, FS, GS, SS,内存访问使用 段:偏移 模式

PhysicalAddress = Segment * 16 + Offset

因此,最多能访问20位地址空间

但是在看资料的时候,说仍然能使用32位寻址模式,不是很清楚,应该是指80386及之后的x86架构的CPU在运行于Real Mode的时候能使用32位寻址模式,也能使用如eax之类的32位寄存器

http://wiki.osdev.org/Real_Mode

Protected Mode

目前的操作系统都运行于此模式。

所以为什么叫Protected Mode,它究竟保护了谁?

个人认为是给操作系统提供了更好的保护

相对Real Mode,Protected Mode增加了一下高级功能:

  • Ring0~Ring3特权级,不同权限能执行不同的指令子集

  • 虚地址和分页机制

这些都是现代操作系统必须的功能

简要介绍

Virtual 8086 Mode(V86)

在Protected Mode模式下,模拟16位的Real Mode

http://wiki.osdev.org/Virtual_8086_Mode

几个地址概念

可能会碰到几个概念(在Protected Mode下):

  • 虚拟地址(Virtual Address)

应用程序使用的到地址

  • 线性地址(Liner Address)

这个容易困惑

以下有待进一步考证:

CPU在寻址的时候,会进行段运算即Segement * 16 + offset,不过在Protected Mode下,段寄存器指向的是GDT/LDT中的一个entry。

  • 物理地址(Physical Address)

如果没使用分页机制,那么物理地址==线性地址

如果使用了分析机制,那么物理地址是线性地址通过也表计算而来。

总结,地址转换为:Virtual->Liner->Physical。

值得一提的是,在Flat Memory Mode中,Virtual Address == Liner Address。而像Linux之类的常见操作系统会使用Flat Mode,所以我们在有些资料中只会看见Virtual Address 和 Physical Address的比较(一般出现在页表介绍部分)

附图一张:


liner_address.png

一个较为详细的介绍:http://duartes.org/gustavo/blog/post/memory-translation-and-segmentation/

Flat Mode:https://www.wikiwand.com/en/Flat_memory_model

一个简单的地址区别:http://www.on-time.com/rtos-32-docs/rttarget-32/programming-manual/x86-cpu/protected-mode/virtual-linear-and-physical-addresses.htm

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