IA-32架构下的保护模式与异常处理

"本文档是Intel IA-32架构软件开发人员手册的第三卷——系统编程指南，主要探讨了中断和异常处理、保护模式下的内存管理和相关机制。内容包括了如何启用/禁用段保护和页保护，以及保护模式的工作原理。" 在IA-32架构中，中断和异常处理是系统级程序设计的关键组成部分。所有保护违例都会触发异常，这些异常由处理器的异常处理机制处理。第五章深入讨论了中断和异常处理的详细机制。在保护模式下，通过设置CR0寄存器中的PE标志可以启用段保护机制，一旦启用，就无法再关闭或重新打开这段保护，这确保了系统的稳定性。 保护模式提供了丰富的保护机制，包括段保护和页保护。段保护通过在CR0寄存器中设置PE标志启动，使得处理器能够对内存访问进行权限检查和限制。而在页保护方面，处理器使用分页技术将虚拟地址映射到物理地址，通过页表和页目录表进行管理，实现了虚拟内存系统，提高了内存利用率和进程隔离。 系统架构概述章节介绍了全局和局部描述符表、系统段、段描述符、门、任务状态段、任务门、中断和异常处理、内存管理以及各种系统寄存器。运行模式分为实地址模式、虚拟8086模式和保护模式等，其中保护模式支持多级权限和高级内存管理。 EFLAGS寄存器包含了系统标志和域，用于控制处理器的行为。内存管理寄存器如GDTR、LDTR、IDTR和TR分别用于存储全局描述符表、局部描述符表、中断描述符表和当前任务的地址。控制寄存器则用于控制处理器的各种特性，如CPUID标志，它们提供了处理器识别和功能查询。 保护模式的内存管理涉及逻辑地址、线性地址和物理地址的概念。逻辑地址通过段选择子和段寄存器组合形成，线性地址是逻辑地址经过段机制转换后的地址，而物理地址则是实际内存芯片上的地址。系统使用段描述符来描述内存段的属性，包括访问权限、大小等。此外，还存在系统描述符表，如全局描述符表和局部描述符表，用于存储段描述符。 分页机制将大内存区域划分为固定大小的页，通过页表和页目录表将逻辑地址映射到物理地址，提供地址转换。分页允许动态地管理和交换内存，实现虚拟内存系统，同时也支持内存保护和隔离。 这个文档深入讲解了Intel IA-32架构下的系统编程技术，对于理解处理器如何处理中断和异常，以及如何在保护模式下有效地管理内存，具有极高的参考价值。