保护模式-概述

前言

保护模式是一种CPU的工作模式，和操作系统有密切的关系。其实无论学习Windows还是Linux操作系统，他们的底层核心都是在操作CPU，学习CPU的工作模式可以：

实模式（Real Mode）
实模式是早期的x86 CPU工作模式，支持16位指针，能够访问1MB的物理内存空间，没有内存保护机制，主要用于向下兼容旧软件。
保护模式（Protected Mode）
保护模式是x86 CPU的主要工作模式，支持32位指针，能够访问4GB的虚拟内存空间，支持内存保护机制、多任务处理等功能，提高了系统的安全性和稳定性。
虚拟8086模式（Virtual 8086 Mode）
虚拟8086模式是一种在保护模式下模拟实模式的技术，用于在32位操作系统下运行16位的旧软件。
长模式（Long Mode）
长模式是x86-64架构中的一种工作模式，支持64位寻址和64位数据处理等功能，能够访问256TB的物理内存空间，是在保护模式基础上的扩展模式。

内存管理：实模式的内存管理非常简单，只有1MB的物理内存空间可以直接寻址，没有虚拟内存和内存保护机制。而保护模式可以为每个进程分配独立的虚拟地址空间，实现虚拟内存和内存保护，防止不同进程之间相互干扰或越界访问内存。
特权级保护：实模式只有一种特权级别，所有的程序都可以访问所有的内存和硬件资源。而保护模式将系统资源划分为不同的特权级别，例如内核态和用户态，只有在内核态下才能够访问敏感的系统资源，而在用户态下只能够访问受限的资源。这种特权级保护可以防止进程或应用程序对系统资源的非法访问和修改。
中断和异常处理：实模式只有一种中断处理机制，所有的中断都会被CPU响应，无法对不同的中断进行优先级和处理。而保护模式提供了多种中断和异常处理机制，可以检测和处理应用程序的错误和异常情况，防止系统崩溃或出现错误。
扩展性：实模式的地址总线只有20位，可以寻址的物理内存空间只有1MB，不能满足当今计算机系统的需求。而保护模式的地址总线可以支持32位或64位，可以寻址更大的物理内存空间，满足现代计算机系统的需求。