80386及以上处理器的保护模式与开发Unix-like OS

本文主要介绍了PC进入保护模式（Protected Mode）的概念及其在早期Intel处理器架构中的重要性。在8086/8088时代，处理器只有一个操作模式——实地址模式（Real-Address Mode，RM），随着80286和80386的出现，引入了保护模式（Protected Mode，PM）和系统管理模式（System Management Mode，SMM）。PM是处理器的原生模式，提供高性能和兼容性，现代应用和操作系统推荐使用。 保护模式是处理器的核心特性，它允许在受保护的多任务环境中执行旧的实地址模式程序，通过虚拟8086模式（Virtual-8086 Mode）提供兼容性。在系统启动时，处理器默认处于实地址模式，但在Power-up或Reset后，为了充分利用后续芯片如Intel80386的性能，需要将系统切换到保护模式。 GDT（Global Descriptor Table）在这个过程中扮演了关键角色，它是用于存储描述符表的内存区域，包括段描述符，这些描述符定义了不同的内存区域、任务状态段（TSS）、门（Gate）和其他系统资源。开发自己的Unix-like操作系统时，理解并管理全局描述符表至关重要，因为它用来映射和控制进程的内存访问权限，确保在保护模式下的内存安全性。 在从实地址模式向保护模式转换时，开发者需要处理中断向量、初始化全局描述符表、设置任务状态段等任务，以确保操作系统能在新的环境下正常运行。此外，系统管理模式SMM提供了一种平台级的服务，如电源管理和系统安全，处理器会在接收到特定中断信号（SMI#）或来自APIC的SMM中断时进入此模式，执行相应功能后再返回原运行状态。 这篇文章深入讲解了保护模式在PC架构中的作用，以及开发者在构建操作系统时如何处理从实地址模式到保护模式的迁移，涉及到BIOS中的GDT管理和中断处理等关键技术。