《Orange’S：一个操作系统的实现》第三章——保护模式
实验内容：认识保护模式，实现从实模式到保护模式的转换，GDT描述符；实现实模式大于1MB内存的寻址能力，并接着上一次实验，从保护模式返回到实模式，重新设置各个段寄存器的值；LDT描述符；学会使用挂载指令和运行程序。
3.1 认识保护模式
认识保护模式，实现从实模式到保护模式的转换，GDT描述符
实验步骤：
①根据书中汇编代码创建pmtest1.asm文件并编译为pmtest1.bin
touch pmtest1.asm
# 这里省略编辑pmtest1.asm内容的操作
nasm pmtest1.asm -o pmtest1.bin
②复制第二章的软盘映像文件a.img和配置文件bochsrc
！注意，若此处报错“No bootable device"，参考附录解决办法
③使用dd指令将pmtest1.bin文件写入a.img的引导扇区
dd if=pmtest1.bin of=a.img bs=512 count=1 conv=notrunc
④运行Bochs
出现红色字母P
至此，我们已经实现了从实模式到保护模式的转换
直观改变：
- 定义了一个叫GDT的数据结构
- 16位代码进行了一些与GDT有关的操作
- 最后程序跳转到32位代码进行了一些现存操作
上述问题将在下面详解
3.1.1 保护模式的运行环境
执行步骤：
①下载freedos.img，将解压后的a.img复制到目录，并重命名为freedos.img
②使用bximage生成pm.img
③修改bochsrc配置文件，确保其中有以下三行：
floppya: 1_44=freedos.img, status=inserted
floppyb: 1_44=pm.img, status=insertedboot: a
④执行bochs -f bochsrc启动Bochs，格式化B盘
⑤编译pmtest1.asm为pmtest1.com
nasm pmtest1.asm -o pmtest1.com
⑥将pmtest1.com复制到虚拟软盘pm.img上
sudo mount -o loop pm.img /mnt/floppy
sudo cp pmtest1.com /mnt/floppy/
sudo umount /mnt/floppy
⑦到FreeDos中执行下述指令
b:
pmtest1.com
解释：更改配置文件bochsrc之后，Bochs将从freedos.img的引导扇区启动，并能够执行一系列DOS指令。上述操作为切换到B盘，执行pmtest1.com文件
3.1.2 GDT
实模式和保护模式的内存管理机制不同，实模式下可以直接使用物理地址进行访问，而保护模式需要使用GDT和段描述符来进行管理和保护。
GDT是全局描述符表（Global Descriptor Table）的缩写，是在保护模式下使用的一种数据结构，用于描述内存段的属性和访问权限。每个内存段都由一个或多个GDT表项描述。
GDT表项是一个8字节的数据结构，包含了内存段的基地址、大小、访问权限、特权级别等信息。在GDT中，每个表项都有一个唯一的段选择器（segment selector）与之对应。使用GDT可以提供更为安全和可靠的内存管理，可以确保不同程序之间的内存空间相互隔离，防止程序访问非法内存，从而提高系统的稳定性和安全性。
3.1.3 实模式到保护模式
跳转步骤如下：
①准备GDT：初始化GDT表，将GDT表中的每个表项设置为合适的值，包括内存段的基地址、大小、访问权限、特权级别等信息。
②用lgdt加载gdtr：lgdt指令的作用是将GDT表的起始地址和大小保存到gdtr寄存器中的相应字段中，gdtr包含了GDT表的起始地址和大小，以及一些其他的控制信息。
③打开A20：实模式寻址能力为1MB，用不到第20个（从零开始）地址位，超出回滚，故实模式下A20始终为0；进入保护模式后获得更大的寻址能力，因此需要打开A20地址线。
④置cr0的PE位为1：打开开关
⑤跳转
3.2 保护模式进阶
3.2.1 实现大于1MB的内存寻址能力
上文提到，在保护模式之下寻址空间可以达到4GB，下面试验读写大地址内存（以5MB为例）。
一句话：实际上在GDT中增加一个表项即可，该描述符的段基址为0500000h，段界限和属性等略
实验步骤：
①复制文章pmtest2.asm代码，编译为pmtest2.com
②执行下述指令，将pmtest2.com写入虚拟软盘pm.img：
sudo mount -o loop pm.img /mnt/floppy
sudo cp pmtest2.com /mnt/floppy/
sudo umount /mnt/floppy
③执行bochs -f bochsrc开启Bochs虚拟机，并在虚拟机中切换到B盘，执行pmtest2.com，得到如下图所示结果：
3.2.2 LDT
在选择子（Selector）的高13位中，T1（Table Indicator）位表示GDT（全局描述符表）或LDT（局部描述符表）的标识符。当T1位为0时，选择子表示GDT表中的一个描述符；当T1位为1时，选择子表示LDT表中的一个描述符。
附录：Bug
1. No bootable device
问题描述
在3.1中，若新建一个a.img软盘映像文件，然后将pmtest1.bin写入软盘的第一个扇区，再运行Bochs时会产生如下错误
原因分析
根据上一篇博客内容【OS课设日志】《Orange‘S：一个操作系统的实现》Ch1/2
（如果是从软盘启动）计算机会自动检查0面0磁道1扇区（即第一个扇区），如果该扇区以0xAA55结束，则BIOS认为它是一个引导扇区。
我们观察第二章中.asm文件最后两行代码
times 510 - ($ - $$)
dw 0xaa55
上述代码使a.img已经被填充为512字节并且以0xaa55结束，所以BISO就认为它是一个引导区，就去加载它。若第三章中新建文件，则该文件第一个扇区没有以0xaa55结束，BIOS无法识别，因此出现No bootable device错误
解决办法
按书中要求，复制第二章中的a.img，重新写入pmtest1.bin
2. mount: /mnt/floppy: mount point does not exist.
问题描述
将pmtest1.com复制到细腻软盘pm.img上时需要执行下面指令：
sudo mount -o loop pm.img /mnt/floppy
sudo cp pmtest1.com /mnt/floppy/
sudo umount /mnt/floppy
执行第一条时报错
mount: /mnt/floppy: mount point does not exist.
错误原因
挂载点目录不存在：在执行mount命令时，指定的挂载点目录可能尚未创建或已经被删除。需要确保挂载点目录存在，可以使用mkdir命令创建挂载点目录。
解决办法
执行指令sudo mkdir /mnt/floppy创建挂载点，而后运行不报错
