IA32系统级架构总览（一） 实模式和保护模式

应用程序的编写大部分的时候是不必关心系统级架构的，最多学习一下平台所给的API即可，也就是我们通常说的黑箱子。但是在学习操作系统的时候，系统级架构是要关心的。

系统级架构很难学习，其中一个很大的原因是“纷繁复杂的架构”，还有就是很强的陌生感。先说个故事吧。

秋季学期俱乐部招新由我来面试，之前并没有做过这样的事情，我的手中有一份参加面试的名单，上面写着同学们的姓名、学号、学院、联系方式等信息，如果明天直接去面试彼此不了解，第一次做面试官的我很容易尴尬，“实体物的像会影响一个人的判断，甚至丧失对实体物全局的判断，全局把握的最佳时机就是实体物对我而言还是脑袋中的抽象时”，在我还没见到他们之前的一个晚上我弄到了教务处的管理员账号，根据学号一一查找信息，并一一谷歌，“免冠照片、高考成绩、家乡、高中、初中、获得奖项等”，有了这些信息，第二天的面试顺利进行，更没有遇到之前担忧的尴尬。

为了更好的学习架构，我所说的是不是“预习”？其实也不全是，重要的是要有一个全局的把握，这种把握既可以是学习之前也可以在学习之中获得，有了这个全局的把握，便知道了“因何而起，为何而生，为什么一定是它”。

 

处理器有两种工作模式（注意，不是只有这两种，而是存在）：实模式、保护模式。他俩可能有很多不同，其中有一点不同就是访存。在实模式下，内存是裸露给处理器的，处理器获取到段地址和偏移地址（cs：eip），两者一拼凑即可获得要访问的地址，“我有两个残缺的地图，但是只要把他们拼在一起就可以找到宝藏的位置”；在保护模式下，访问内存可不是一件容易的事情，处理器获得了段地址和偏移地址，但此时的段地址并不是真实的段地址（但又确实是个地址），而是“段选择子”，然后根据段选择子在GDT中查找到真正的基地址，然后用这个基地址和偏移地址才可以获得要访问的地址“我有两个地图，其中一个地图指向一个房间，我的先到那个房间把真正需要的地图去取出来，然后把它和另一块地图拼在一起就可以找到宝藏的位置了”。

保护模式下的访存更加安全了，不仅仅是基地址的获得复杂了，仔细想一想为什么这么做会安全了。仅仅是增加了步骤而已吗，为什么要把实际基地址放在另一个地方然后让你去取，因为就在你取这个地址的时候，你的行径相当于被记录了，而且被限制，就好比说你要访问一个房间，这之前你需要做了登记，并被告知你的活动范围只能在这个房间里，你不能顺藤摸瓜去别的房间。

纷繁复杂的系统级架构，并不是工程师们喜欢复杂而制作出来了，而是为了满足某种目的的功能，比如保护模式的实现就需要很多数据结构（如GDT、LDT、TSS）和硬件，另外一些情况为了兼容之前的模式。