保護模式及其程式設計——真實模式與保護模式的切換
1.進入保護模式時的初始化操作
處理器能夠進入到保護模式之前，需要作業系統載入和初始化軟體必須在記憶體中設定好保護模式下使用的資料結構的基本資訊。這些資料結構包括1）保護模式中斷描述符表IDT
2）GDT
3）任務狀態段TSS
4）LDT
5）如果使用分頁機制，起碼要設定一個頁目錄和一個頁表
6）處理器切換到保護模式下執行的程式碼段
能夠切換到保護模式執行之前，需要設定以下系統暫存器
1）GDTR
2）中斷描述符表基地址暫存器
3）控制暫存器CR1～CR3
初始化這些資料結構、程式碼模組和系統暫存器之後，通過設定CR0暫存器的保護模式標誌位PE，處理器就可以切換到保護模式運行了。
1.1保護模式系統結構表
為了實現無分頁的平坦記憶體模型，必須設定至少一個程式碼段和資料段到GDT。在GDT可以使用之前，必須要使用LGDT指令將GDT表的基地址和長度載入到GDTR之中。
多段模型需要作業系統的其他段，以及用於每個應用程式的段和LDT表段。
1.2保護模式異常和中斷初始化
初始化程式碼必須設定一個保護模式IDT，其中至少包含有處理器可能產生的每個異常向量對應的門描述符。
在可以使用IDT之前，必須使用LIDT指令將IDT表基地址和長度載入到IDTR暫存器之中。
1.3分頁機制初始化
分頁暫存器由控制暫存器CR0中的PG標誌設定，在設定PG標誌之前，必須先初始化以下資料結構和暫存器：
1）軟體必須在實體記憶體中建立至少一個頁目錄和一個頁表
2）把頁目錄表的物理基地址載入到CR3暫存器中
3）處理器處在保護模式下
1）設定PG標誌的指令應該立即跟隨一條JMP指令
2）設定PG標誌和JMP之間的程式碼必須來自對等對映（跳轉之前的線性地址與開啟分頁之後的實體地址相同）的一個頁面上。
1.4多工初始化
如果需要使用多工機制或者允許改變特權級，那麼軟體初始化程式碼需要設定一個TSS及相應的TSS段描述符（因為特權級0、1、2的各棧段指標都需要從TSS中取得）。在處理器切換到保護模式以後，可以用LTR指令把TSS段描述符的選擇符載入到任務暫存器TR中。在保護模式中，軟體進行第一次任務切換之前必須首先載入在TSS段的選擇符，因為任務切換會把當前任務狀態複製到該TSS中。
2.模式切換
2.1切換到保護模式
切換到保護膜是之前，必須首先載入一些起碼的系統資料結構和程式碼模組。切換操作的步驟：1）使用cli指令禁止終端
2）執行LGDT命令，載入GDT
3）設定CR0（PE位）
4）mov cr0 之後立刻跟一個遠端JMP或者遠端call指令
5）選擇性執行LLDT
6）執行LTR指令，用初始保護模式任務的段選擇符或者可寫記憶體區域的段描述符載入任務暫存器TR
7）進入保護模式後，段暫存器仍人含有在實地址模式時候的內容，需要進一步處理
8) LIDT
9)開中斷 sti
2.2切換回來真實模式
1）禁止終端2）如果開啟分頁機制，那麼需要執行：
把程式的控制轉移到對等對映的線性地址處
確保GDT和LDT在對等對映的頁面上
清楚CR0中的PG標誌
設定CR3暫存器為0x00，用於重新整理TLB緩衝
3）把程式的控制轉移到長度為64KB（0xFFFF）的可讀段中。這部操作使用真實模式要求的段長度載入CS暫存器
4）使用含有一下設定值的描述符選擇符來載入SS、DS、ES、FS、GS
段長=64kb
顆粒 G=0
向上擴充套件 E=0
可寫 w=1
存在 p=1
5）執行LIDT指令來指向在1MB真實模式地址範圍內的實地址模式中斷表
6）清楚cr0中的PE位
7）執行一個遠跳轉指令跳轉到一個真實模式程式中。這個操作會重新整理指令佇列，並且為CS暫存器載入何時的基地址和訪問許可權值
8）載入實地址模式程式程式碼會使用的SS、DS、ES、FS、GS
9）執行STI指令開啟可遮蔽硬體中斷，並且執行必要的硬體操作開啟NMI中斷
這裡，我們特別留意其中的第4步和第8步，尤其是第4步中，設定SS等暫存器的目的是為了保證SS等暫存器的不可見部分，到了真實模式之下，仍然有正確的屬性值。
參考：《linux核心0.12完全剖析》
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