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Windows的保护模式 (转)

原创 Linux操作系统 作者:worldblog 时间:2007-12-07 10:37:26 0 删除 编辑
Windows的保护模式 (转)[@more@]windows的保护模式
  
  孙喜明

一般来说,80x86(80386及其以后的各代cpu)可以在三种模式下运转:实模式,保护模式,V86模式。实模式就是古老的MS-DOS的运行环境。Win95只利用了两种模式:保护模式和V86模式。

为什么要进入保护模式

保护模式有许多优越性。其中最最直接的好处就是:你的程序可以利用更多的内存了!

不要以为这是什么大不了的问题,我相信每一个曾在MS-DOS下写程序的人都有一个苦恼:怎样在程序中开个足够大的数组?动不动就会堆栈溢出,许多事都不能做了。不要怨Turbo C、MS Fortran、Turbo Pascal,它们也是心有余而力不足。这些烦恼都源自“你的程序是运行在实模式下的”。运行在实模式下的16位程序最多只能存取1M的内存。你也许会问:我的机器上不是有64M内存吗?是啊,如果说你是在MS-DOS下运行程序(或者说CPU运转在实模式下),那你只利用了1M内存,其余的内存都“下岗”了,在这种情况下,你的386/486/586/PⅡ只相当于一个跑得快的8086。

但是保护模式给了我们一个惊喜。理论上,在保护模式下,CPU可以寻址4096M(即4GB)内存。这就是说,只需把你的程序编译成32位的可执行程序(当然得借助32位编译器),你就可以在程序中充分利用内存了,这样做的直接结果是:你可以不用再为堆栈溢出或开不出5000×5000的数组而吃不下饭了。

正是4GB内存存取的实现,使得操作系统有了更加智能化的物质基础,多任务的实现才可以提到日程上来考虑了。

再深入一些

硬件结构上说,386由三个寄存器CR0、CR1、CR2控制着CPU的运转。比如说,CR0的第0位就是用来判断当前CPU是工作在保护模式还是实模式下。学过8088/8086汇编语言的人一定熟悉AX、BX、CX、DX、SI、DI、SP、BP这些16位的寄存器,在80386中,这些寄存器被扩展到了32位,即EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、EDI、ESP、EBP,如果CPU是运转在实模式下,那你只能利用这些32位寄存器的前16位,而后面的16位就浪费了。

段的概念是我们理解保护模式的关键所在。在实模式下,段寄存器中存放着16位的段地址,这时,段地址是参与寻址的:把段地址左移4位,加上偏移地址,就是20位的物理地址了。在保护模式下,段寄存器中存放着16位的段选择器(Segment selector),这个值是不直接参与寻址的,而只是一个指向段描述表(Segment Descriptor Table)的索引。段描述表(Segment Descriptor Table)中存放着段描述符(Segment Descriptor)。段描述符中有关于段的描述,比如:段在内存中的位置、段的大小、段的类型(是数据段还是代码段)等等。

当CPU运行在保护模式下时,内存中往往有至少三张段描述表:全局描述表(Global Descriptor Table,简称GDT)、局部描述表(Local Descriptor,简称LDT)、中断描述表(Interrupt Descriptor Table,简称IDT)。说到这里,我想提醒读者注意:记住GDT、LDT、IDT这三个词的含义,我们在后面会经常用到。

段描述表不可能超过64K(为什么?如果回答不上来,那就再看看前面的讲解),每个段描述符(也就是段描述表中的一项)都是8byte长,所以说,每个段描述表最多只能包含8192个段描述符。

在今后的“走进VxD世界”中,我们将对段描述表、段描述符以及分页机制作进一步的讲解。


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