80x86保护模式详解：段与分页机制

"保护模式是80x86架构中的一种内存管理模式，旨在提供更高级别的内存保护和资源管理。该模式允许系统运行多个任务，同时保护操作系统和应用程序的内存空间，防止非法访问和数据冲突。本文主要探讨80x86保护模式的编程原理和机制。 在80x86保护模式下，内存被分为常规内存（1MB以下）和扩展内存（1MB以上）。这种划分是为了更好地管理和利用有限的物理内存资源。保护模式引入了虚拟地址的概念，允许程序员使用高达64TB的虚拟地址空间，远超实际物理内存的容量，从而实现虚拟存储器。 在保护模式中，地址由选择子和段内偏移组成，这两部分共同构成了逻辑地址。通过分段和分页两种机制，系统可以将逻辑地址转换为物理地址。分段机制适合处理复杂的逻辑结构，允许定义不同大小的段来适应各种需求，同时提供段级别的保护和共享。而分页机制则更适用于物理内存管理，通过固定大小的页来高效地支持虚拟存储器功能。 段转换表存储在线性地址空间，用于将虚拟地址转换为线性地址，而页表则存储在物理地址空间，用于将线性地址转换为物理地址。这两种机制相互独立，互不干扰，使得地址转换过程更加灵活和安全。 保护模式的一个关键特性是任务间的隔离和保护。操作系统可以被置于一个公共的虚拟地址空间，每个任务都有相同的一份映射，形成全局地址空间。这样，操作系统可以访问所有任务的存储段，而应用程序只能访问其自身的3级存储段，确保了权限的层次性和安全性。特权级的设置进一步强化了这种保护，如操作系统核心处于0级，拥有最高权限，应用程序通常位于3级，权限较低。 在同一个任务内部，也有特权级的概念，比如操作系统核心在0级，其他部分在1级，应用程序在3级，中间软件可能在2级。这种分级设计确保了核心代码的安全性，限制了应用程序对敏感资源的直接访问。 80x86保护模式通过分段和分页机制提供了强大的内存管理和保护功能，同时也支持多任务环境下的安全运行。这种模式对于现代操作系统的设计至关重要，因为它能够确保系统的稳定性和数据的安全性。"