02｜聊聊x86体系架构中的实模式和保护模式
荧光笔
直线
曲线- 深入了解
- 翻译
- 解释
- 总结
x86架构中的实模式和保护模式是本文的主题。文章首先介绍了8086芯片的实模式，该模式下程序员需要直接访问物理内存，使用段寄存器来计算物理地址。然后，文章提到了保护模式的出现，它引入了虚拟内存的概念，隔离了每个进程的地址空间，减轻了程序员的负担，并提高了数据安全性。接着，文章详细讲解了8086中的实模式，包括寄存器位宽、段寄存器的作用、逻辑地址和物理地址的计算方式等。最后，文章提到了保护模式是实模式的进一步发展，带来了重大的内存管理变化，包括段式管理和中断的管理。 在i386芯片中，保护模式引入了全局描述符表（GDT）和页式管理，使得段式管理发生了重大变化。段寄存器进化成了段选择子，而GDT中的每一项都是一个全局描述符，存储了32位的段基址。保护模式的段描述符中记录了段的长度和属性，如P位、DPL、S位、G位和Type，增强了对段的保护能力。与此同时，文章还对比了段式管理和页式管理的优缺点，指出现代操作系统采用段式管理进行基本权限管理，而依赖页式管理进行内存的分配、回收和调度。 总的来说，本文详细介绍了8086实模式到i386保护模式下段式管理的演进，以及段式管理和页式管理的对比和现状。保护模式不仅带来了内存管理的重大变化，还影响了中断管理。读者通过本文可以全面理解x86体系架构下的内存管理演进，以及阅读Linux内核源码的相关部分和增强调试能力。
《编程高手必学的内存知识》，新⼈⾸单¥59
全部留言(27)
- 最新
- 精选
慢动作没有段以后，代码权限是以什么为单位管理的？GDT是每个进程单独一份，IDT是系统独一份？作者回复: 1. 第一个问题，linux内核引入了vm_area_struct结构，通过软件的办法做了很多权限管理的事情，这个可以代替段的权限管理的部分工作；另外，每个页也有读写权限管理，所以硬件本身的页管理机制也代替了一些段的权限管理机制。 2. IDT是全局的，你已经理解了。GDT也是全局的。linux会使用GDT来区分内核代码段和内核数据段。每个进程单独的确实也有这种结构，叫做局部（local）表述符表，LDT才是和单个进程相关的表，其中的描述符的结构与全局描述符是完全一样的。由于它的结构和GDT非常像，我故意略去了。 3. 段选择子我没有展开讲它的结构，实际上，段选择子的第三位为0就表示要在GDT中找描述符，为1就在LDT中查找。所以你只要理解GDT就足够了。但既然你考虑到这里了，我就单独回答一下这个问题。 你思考得很深入，点赞！
2021-10-27320
郑童文请问老师，IDT是储存在操作系统的内核内存空间的吗？GDT是存在进程的用户内存空间还是内核内存空间呢？ 谢谢！作者回复: 好问题。gdt和idt都是由操作系统设置的。所以我们可以理解成是在内核空间里。但这仍然不准确。最准确的说法是由于gdtr和idtr里存的是物理地址，相当于操作系统从物理地址里扣了一块给gdt和idt。这块物理地址以后就不参与分配了。
2021-10-2757
Yun“实际上 64 位 CPU 的段式管理和 32 位的结构非常相似，惟一的区别是段描述符的段基址和段长度字段都被废弃了，也就是说不管你将段基址设置成什么，都会被 CPU 自动识别为 0”。 这句话里的“CPU自动识别为0”？记得是Linux内核将段基地址都设置为0，然后是的Linux本质上抛弃了段式管理，所以想请教一下，这里是CPU将段基址设置为0还是Linux内核来设置？或者说32位和64位还不一样？，谢谢作者回复: 32位linux先动的手，intel一看，你们写os的不按套路出牌啊，所以就干脆在设计64位cpu的时候把这块电路给扣了。
2022-02-146
送过快递的码农保留段寄存器是不是为了向下兼容实模式啊？因为64位地址总线够大了，不需要段了。但是为了保证向下兼容性，段不做删除？纯属瞎猜作者回复: Good，这是很重要的一方面。是x86的设计哲学，但也给x86架构带来了巨大的包袱。
2021-10-275
『SIGNIFICANT』java程序员一般不会接触到coredump这样的文件分析，一般也就是JVM调优，内存信息dump下来用工具查看，还有必要深入了解这些么作者回复: 不需要。java程序员的成长建议先学java类库，把算法和数据结构吃透是收益最大的。
2021-12-0643
.两顿饭钱买到很多知识，期待后面内存模型那块。以前看文章说理解x86内存模式是强类型，所以有部分标准内存屏障是不存在，我一脸懵了好多年。作者回复: OK，请继续关注，我们一定能讲清楚内存屏障是干嘛的。
2021-11-153
keepgoing老师，能理解为之后的i386中主要用段式管理（也就是GDT）来管理段类型的区分，比如代码段/数据段，用页式管理（所以GDT中的描述子G值一般都为1）来管理真正的物理内存和虚拟内存的映射吗？ 如果这样来说的话，我理解段式管理主要来作类型的区分，在i386中程序员自己会去用逻辑地址寻址的场景是否会比较少，主要是什么场景会用到逻辑寻址呢。 初学小白，听了老师的课比较好奇，如有冒犯或理解不对的地方请老师多多包涵作者回复: 你的理解是对的。cpu的设计者是希望大家还继续使用段机制的，但是linux不按套路出牌，弱化了段的作用。linux主要使用页管理，所以，是的，后来的程序员不再使用逻辑地址了。
2021-11-0343
coder老师给的例子在x86上可以跑通，arm上不行作者回复: 你说得非常对！看了我们的前导课就会明白，x86和arm的寄存器都不一样，所以这个内嵌汇编只能在x86上运行。汇编是不能跨平台的。不过你倒是可以尝试修改一下哦，这就是跨架构移植了：）
2021-10-272
=内存碎片以前理解时，只考虑到了段式内存管理会有段间的内存碎片，一直没有考虑到页式内存管理的页内部的内存碎片问题。 海老师的这篇文章，从“16位CPU演化到32位CPU后内存管理的变化”的角度讲起，帮助我更好地理解了全局段描述符的问题，之前看x86CPU的GDT等知识，不知其所以然，但是今天从内存管理的角度来看，很清晰！作者回复: good。带着思考去阅读收获才能更大
2022-01-101
乘风段式管理和页式管理都是针对的物理内存是吧，很虚拟内存没关系作者回复: 不是。它们都是内存管理的一种思路，既可以用于物理内存也可以用于虚拟内存。你可以这样理解虚拟内存：它和物理内存一样，也是一段地址空间，只是它还需要通过页表进行一次映射而已。对内存的管理，本质上就是对一段地址区间进行管理。再想想？
2022-01-071
