操作系统：16位实模式转32位保护模式

随着计算机硬件的不断发展，可用内存（RAM）也变得越来越大。此外，实模式下缺乏对内存的保护，这导致了由于非法内存访问而产生的一些未知错误。这些问题在保护模式下得到了一定的解决，其作用主要有以下两点：

支持更大的内存空间寻址
区分系统程序和用户程序，对访问内存的地址加以限制，防止程序非法访问内存

此外，我们的内存采用的是分段模型，要实现对内存的保护，就是要实现对段的保护。段的相关信息用一个称为段描述符的数据结构去维护，多个段描述符组成全局描述符表（GDT），它们都存放在内存中。

全局描述符表 GDT

将CPU从 16 位实模式切换到 32 位保护模式的最困难部分是，我们必须在内存中准备一个称为全局描述符表（GDT）的复杂数据结构，该结构定义了内存段信息及其保护模式下的额外信息。而 GDT 则是由多个段描述符组成，一个段描述符由 8 bytes 组成，其组成部分有：

段基址，它定义了段在物理内存中的起始位置
段长度，定义了段的大小
标识位，段是否可读写，可执行等

段描述符结构如下图所示：

切换步骤

准备段描述符信息

; GDT

gdt_start:

gdt_null:   ; 第一个段描述符强制设置为 0
    dd 0x0
    dd 0x0

gdt_code:   ; the code segment descriptor
    ; base = 0x0, limit = 0xfffff
    ; 1st flags: (present)1 (privilege)00 (descriptor type)1 -> 1001b
    ; type flags: (code )1 ( conforming )0 (readable )1 (accessed )0 -> 1010b
    ; 2nd flags: ( granularity )1 (32- bit default )1 (64- bit seg )0 (AVL )0 -> 1100b
    dw 0xffff       ; Limit (bits 0-15)
    dw 0x0          ; Base  (bits 0-15)
    db 0x0          ; Base  (bits 16-23)
    db 10011010b    ; 1st flags , type flags
    db 11001111b    ; 2nd flags , Limit (bits 16 -19)
    db 0x0          ; Base (bits 24-31)

gdt_data:   ;the data segment descriptor
    ; Same as code segment expect for the type flags:
    ; types flags: (code) 0 (expand down) 0 (writable) 1 (accessed) 0 -> 0010 b
    dw 0xffff       ; Limit (bits 0 -15)
    dw 0x0          ; Base  (bits 0-15)
    db 0x0          ; Base  (bits 16-23)
    db 10010010b    ; 1st flags , type flags
    db 11001111b    ; 2nd flags , Limit (bits 16 -19)
    db 0x0          ; Base (bits 24-31)

gdt_end:    ; The reason for putting a label at the end of the 
            ; GDT is so we can have the assembler calculate 
            ; the size of the GDT for the GDT decriptor (below)

; GDT descriptor
gdt_descriptor:
    dw gdt_end - gdt_start - 1    ; Size of GDT
    dd gdt_start                  ; Start address of our GDT


; 设置保护模式下要用到的段地址，代码段和数据段
CODE_SEG equ gdt_code - gdt_start
DATA_SEG equ gdt_data - gdt_start

加载设置 GDTR 寄存器，使之指向全局段描述符表

1	lgdt [ gdt_descriptor ]

设置 CR0 寄存器，开启保护模式。

1
2
3

mov eax, cr0 ; 为了使开关进入保护模式，我们将 CR0 的第一位（控制寄存器）置 1
or eax, 0x1
mov cr0, eax

进行长跳转，加载 CS 段寄存器。

1	jmp CODE_SEG:init_pm

进行长跳转的原因是因为我们无法直接或间接 mov 一个数据到 CS 寄存器中，因为刚刚开启保护模式时，CS 的影子寄存器还是实模式下的值，所以需要告诉 CPU 加载新的段信息。·

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全局描述符表 GDT

切换步骤