手写操作系统 - CPU段页门

前言

1. 为什么要知道CPU的段页门
2. 如何控制CPU由实模式进入保护模式
3. CPU是如何找到数据并读写的？CPU是如何找到代码并执行的？

整体流程：

以mov eax, [0x100] 为例，其将0x100内存中得数据复制到eax寄存器当中。

需要了解的知识点：

• 内存地址中逻辑地址、线性地址和物理地址之间的联系

  • 逻辑地址：看到的所有的内存地址；
  • 线性地址：线性地址 = 段基址 + 逻辑地址
    没有启用分页机制的情况下，线性地址与物理地址相同
    开启后线性地址 -> MMU -> 物理地址；
  • 物理地址：物理内存的地址 ；

• 运行模式
  从开机到达64位长模式（Long Mode），需要经过实模式（Real Mode）、保护模式（Protected Mode），以及在某些情况下的兼容模式（Compatibility Mode）。

  • 实时模式（16位）：1MB的内存地址空间，并且没有硬件级别的内存保护，20根地址总线，但是寄存器是16位的；
  • 保护模式（32位）：内存的访问（高达4GB），硬件级别的内存保护，以及多任务功能。
  • 兼容模式（32位）：用于支持旧的32位操作系统和应用程序，它在64位处理器上允许运行未修改的32位代码。
  • 64位长模式 （64位）：允许访问远大于4GB的物理和虚拟内存。

• 虚拟内存

  • 兼容模式和长模式一定要开虚拟内存；
  • 保护模式可以开可以不开。

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1、为什么要知道CPU的段页门

• 什么是段，就是你经常听到的：代码段、数据段
• 什么是页，就是你经常听到的：虚拟内存，又叫CPU分页机制
• 什么是门，与你经常听到的用户态切内核态有关
  • 四种门：中断门、调用门、任务门、陷进门
  • 快速调用：sysenter/sysexit、syscall/sysret
• 想让CPU由实模式进入包含模式，必须构建段

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2、如何控制CPU由实模式进入保护模式

1. 配置GDT表，至少包含一个代码段一个数据段
2. 开A20总线
3. 设置控制寄存器CR0
4. 设置段寄存器

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3、CPU是如何找到数据并读写的？CPU是如何找到代码并执行的？

以mov eax, [0x100] 为例，其将0x100内存中得数据复制到eax寄存器当中。