Protected Mode — Änderungen 4439 → 4786

Wenn der PC neu gestartet wird, so befindet er sich im sogenannten Real-Mode. In diesem Modus wird nur 16-Bit Code benutzt, sowie der Speicher, der Adressierbar ist, auf 1 MB begrenzt, da im Real-Mode nur 20 Bit Adressen zur Adressierung des Speichers benutzt werden dürfen(bzw können).

  Athlon XP und sonstige in dieser Reihe. Für einen Athlon64 sollte das ebenfalls zutreffen, da dessen Archtiektur

  ledliglich auf 64-Bit Register und einen 64-Adressbuch erweitert wurde. Ob Intel Itanium 1/2 ebenfalls von

  dieser Regel betroffen sind kann ich nicht mit sicherheit sagen, da ich noch keine in den Fingern hatte, jedoch

Im Real-Mode gibt es entscheidende Nachteile. Die verschiedenen Programme die laufen werden alle gleich behandelt. Das heisst jedes Programm kann ohne Einschränkung auf den kompletten Speicher zugreifen und diesen verändern. Auch der Kernel eines Betriebssystems ist nicht geschützt. Somit ist ein Betriebssystem das im Real-Mode läuft anfällig für jegliche Art von Viren und Programmierfehlern. Selbst ein einfacher Programmierfehler, welcher verursacht das an eine ungewollte Speicheradresse Daten verändert werden kann dazu führen, das das komplette System zum Absturz gebracht wird oder instabil läuft. Auch könnten Ergebnisse anderer Programme die im Speicher sind verändert werden, was den korrekten Ablauf jenes Programms erheblich stören kann.

Microsoft DOS ist ein gutes Beispiel um die Entwicklung bis hin zum Protected Mode aufzuführen. DOS ist eines der ersten Betriebssysteme die für den Heim-PC entworfen wurden. Dieses war im Gegensatz zu vielen Anderen sehr leicht bedienbar. An Sicherheitsrisiken war damals noch nicht zu denken, da es diese einfach noch nicht gab, mal abgesehen von Programmierfehlern. Zu jener Zeit als DOS erschien, dürfte der Intel 8086 mit 64? KB Speicher wohl gerade das Maß der Dinge gewesen sein. Da begrenzt durch die Rechenleistung und den Arbeitsspeicher es wohl eh kaum in Frage kam, das mehrere Anwendungen "gleichzeitig" laufen würden, war der Entwurf von DOS als Single-Task Betriebssystem wohl ausreichend. Später erschien dann der 80186 und der 80286, welcher schon einen größeren Vorteil mit sich brachte. Zum einen war hier schon ein 20 Bit-Adressbus (dieser wurde soweit ich mich Erinnern kann bereits schon vor dem 286 eingeführt) mit welchem man einen 1 MB großen Arbeitsspeicher ansprechen konnte, sowie eine erste Version des Protected Mode. Da dieser Entwurf des Protected Mode wohl nicht sehr gut durchdacht war und auch (laut meinem Wissen) nicht sehr oft genutzt wurde, wurde dieser nochmal kräftig überholt und im schließlich erscheinenden 386 eingeführt, welcher nun auch einen Adressbus von 32 Bit besaß, womit man einen 4 GB (zu dieser Zeit wohl utopisch) großen Arbeitsspeicher ansprechen konnte. Bevor ich nun jedoch aufzähle und im kurzen erkläre wazu der Protected Mode dient und was er so kann, möchte ich jedoch noch einmal kurz auf einen oft hinterfragten Umstand eingehen; Die Abwärtskompatibilität. Ja wer hat diesen Begriff denn nicht schoneinmal gehört. Damit ist schlichtweg (in diesem Fall) gemeint, das neue Hardware so entworfen wird, das diese auch mit älterer Software zusammenarbeitet. Dies ist auch der hauptsächliche Grund warum selbst ein Pentium 4 (der wohl üblich meist mit Windows2000 und "besser" ausgeliefert wird) heute immernoch im Real-Mode startet. Man könnte also selbst DOS noch auf einem Pentium 4 betreiben, was natürlich eine Verschwendung der Rechenleistung wäre, mal abgesehen von einem Arbeitsspeicher der heutzutage wohl standardmäßig um die 512 MB umfassen dürfte. Aus Gründen besagter Abwärtskompatibilität trifft man gerade als Programmierer immer wieder auf komische Software und vor allem Strukturkonstrukte, die etwas merkwürdig vom Aufbau und Inhalt erscheinen mögen. Dies hat SELTEN etwas mit Effizienz, sondern meist vielmehr mit Abwärtskompatibilität zu tun. Daher erscheint es auch meist mehr als witzig, wenn die Intel-Entwickler in einem Register das eine oder andere Bit als "reserved" ungenutzt lassen um evtl. später bei einem "kleinen" Prozessorupdate dieses auch noch zu nutzen. Witzig ist es gerade deshalb, weil es selten vorkommt, das ein neu entwickelter Prozessor nur so wenig Änderungen mit sich bringt, bei denen gerade dieses bisher ungenutzte Bit nun benutzt wird. Meistens werden gleich komplette neue Register erstellt. Aber soviel dazu.

So nun aber zu den vorteilen die der Protected Mode mit sich bringt.

*  Es ist es nun möglich Programmen eine Privilegstufe zuordnen zu können. Dadurch kann schon einmal zwischen den Programmen unterschieden werden (Beispiel: Anwendungen, Treiber, Kernel).

* Nicht jedes Programm darf JEDEN Befehl den der Prozessor zur Verfügung stellt ausführen. Dazu gehören Befehle die hauptsächlich vom Kernel benutzt werden um den Arbeitsablauf des Prozessors zu steuern. Ein normales Anwenderprogramm benötigt diese Befehle meist auch garnicht. Jedoch ist es einfach SICHERER diese erst garnicht zuzulassen. Man denke nur an Viren.

* Auch wie im Real-Mode "kann" der Arbeitsspeicher in Segmente unterteilt werden. Dieses unterteilen dient hier NICHT MEHR dazu um den kompletten Arbeitsspeicher ansprechen zu können, sondern um Speicherbereiche voneinander abgrenzen zu können. Dazu jedoch später mehr.