保护模式跳回实模式的normal descriptor（续）

 

上一次转的文章（为什么保护模式跳回实模式要选择一个NormalSelectorhttp://blog.csdn.net/ruyanhai/article/details/7186970）中提到了描述符的高速缓存，但那篇文章说的不是很清楚，因此这里又总结了一下。

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众所周知，保护模式下，GDT存储在内存中，为了加快访问GDT中相关描述符的速度，x86系列CPU为每个段选择器设置了对应的缓存寄存器。每个段选择器（CS, SS, DS, ES, FS, GS）的缓存寄存器，存储着该选择器对应的GDT描述符的内容，因此也拥有着与描述符同样的结构。

当我们修改段选择器时，比如MOV DS, AX（显示的修改DS），或者JMP 0:0x1234（隐式的修改CS），都会用GDT中相应描述符刷新缓存。

而在实模式下，虽然我们不使用GDT，但这些缓存寄存器仍然是存在并且有效的，只是处理器会产生一些默认值放在这些高速缓存中，而在实模式下，我们是没法改变这些值的。所以当我们从保护模式跳回实模式时，如果没有重新加载段选择器，这些高速缓存中的部分字段会从保护模式继承下来，而不会被更新的，比如段界限字段（segment limit），保护模式使用20位段界限，而实模式只有16位。

 

存储在内存里的GDT被更新的时候，相应的高速缓存不会被更新，因此此时必须重新加载段寄存器（段选择器），以保证段选择器高速缓存中缓存最新的描述符。这种独立性可以保证删除GDT的时候不会破坏系统，或者说可以防止高速缓存中载入错误的描述符。但此时必须关闭中断，因为中断或异常会隐式的重新加载CS。

 

根据以上的知识，也解释了为什么不能从32位代码段跳回实模式，是为了正确的设置CS选择器对应的高速缓存。因为我们无法显示的修改CS段寄存器，而是必须通过一个JMP。我们设置一个16位代码段的描述符，当我们从32位代码段跳入16位代码段，CS对应的高速缓存中的各种字段也就被设置成该描述符（实模式）的值，此时方可安全转入实模式。

 

总结一下就是：

1. 为了加速GDT的访问，x86系列CPU的每个段寄存器对应的描述符都有一个高速缓存。

1. 当我们写入段寄存器时，相应的高速缓存也被更新（更新为修改后段寄存器对应的GDT描述符）

1. 实模式下，这些高速缓存是存在并且有效的，但不能被修改

1. 保护模式跳回实模式，高速缓存中的部分字段会被继承，而不被更新（比如段界限），因此必须在跳回前加载一个normal selector
2. 直接修改内存中的GDT，不会导致高速缓存更新，因此必须重新加载段寄存器。