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更新于2024-08-05
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"本文主要讨论的是操作系统中的保护模式,特别是针对x86架构的处理器,如80286及其后续版本,如80386。保护模式是一种高级运行模式,旨在提升系统的稳定性和多任务处理能力,通过增强内存保护、引入分页系统以及硬件支持的虚拟内存等功能。在现代的Linux、FreeBSD和微软Windows(从Windows 2.0及以后版本)中,几乎所有的操作都是在保护模式下进行。
在早期的x86架构中,存在实模式,这是为了保持新硬件与旧软件的兼容性而设立的,当时的CPU在开机时处于实模式,然后通过操作系统引导过程切换到保护模式。虚拟86模式则是为了在保护模式下运行16位程序,尽管它本质上仍属于保护模式的一部分。
保护模式的核心目标是保护进程的地址空间,避免不同程序之间的地址冲突。从80386开始,CPU支持三种工作模式:实模式、保护模式和虚拟8086模式。操作系统启动初期运行在实模式,一旦初始化完成,便会切换到保护模式。而虚拟8086模式则允许在32位保护模式下运行16位程序,但这个模式本身并不独立于保护模式,不能直接回退到实模式。
实模式的特点是16位的寄存器、16位的数据总线和20位的地址总线,这意味着它只能访问1MB以下的常规内存,而扩展内存则被排除在外。相比之下,保护模式提供了更强大的内存管理机制,使得系统能够更有效地管理和保护数据安全。
保护模式是计算机体系结构中的一个重要概念,对于理解现代操作系统如何管理和优化硬件资源,以及确保系统的稳定性至关重要。理解这一模式的工作原理和变迁有助于开发人员更好地编写兼容性和安全性的代码,同时也能为用户提供更高效的操作体验。"
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