双处理器系统有没有可能一个处理器处于实模式一个处理器处于保护模式？
在一些特定条件下，双处理器系统确实可能出现一个处理器运行在实模式，而另一个处理器运行在保护模式的情况。但这并非一个“标准”或者“普遍”的配置，而是通常出现在系统启动的早期阶段，或者在某些特殊的设计和应用场景中。为了详细解释这一点，我们需要深入探讨实模式和保护模式的概念，以及多处理器系统的工作方式。
实模式与保护模式的根本区别
首先，我们要明确实模式和保护模式是什么。这是x86架构处理器在不同运行状态下的两种工作模式：
实模式（Real Mode）：这是处理器最初设计时的模式，也是早期PC（如8086、80286）的唯一模式。它的特点是：
直接内存访问：内存地址直接对应物理地址，没有分段或分页的转换。段寄存器（CS, DS, ES, SS）乘以16并加上偏移地址，就直接得到了物理地址。
低层硬件访问能力强：可以方便地访问I/O端口、显存、中断向量表等硬件。
没有内存保护：任何程序都可以访问任何内存位置，容易造成数据损坏或程序崩溃。
单任务：虽然可以通过中断模拟多任务，但本质上是单任务的。
寻址空间受限：在早期处理器上，物理地址线较少，寻址空间有限（如8086只能寻址1MB）。
保护模式（Protected Mode）：这是从Intel 80386开始引入的模式，目的是提供内存保护、多任务以及更大的寻址空间。它的特点是：
分段和分页：通过段描述符表（GDT）和页目录表/页表进行地址转换，将逻辑地址映射到物理地址。这提供了内存保护机制（例如，防止一个进程访问另一个进程的内存）和更大的虚拟内存空间。
特权级别：引入了Ring 0到Ring 3的特权级别，Ring 0拥有最高权限（操作系统内核），Ring 3拥有最低权限（用户程序）。这限制了用户程序直接访问敏感硬件和内核数据的能力。
更好的多任务支持：硬件层面上为任务切换和管理提供了支持。
32位或64位寻址：可以访问比实模式大得多的内存空间。
多处理器系统的工作原理
在多处理器系统中，每个CPU核心通常是独立工作的，但它们共享系统资源，如内存、I/O设备等。操作系统负责调度和管理这些CPU核心。
双处理器系统中的模式切换
启动初期：实模式的普遍存在
绝大多数x86系统，无论单核还是多核，在启动的最初阶段都会从实模式开始。这是因为：
1. BIOS的初始化：计算机通电后，处理器会进入实模式。BIOS（基本输入输出系统）是运行在ROM中的固件，它使用实模式来完成硬件的初始化，包括CPU本身、内存控制器、显卡、硬盘接口等等。BIOS需要直接访问硬件，实模式提供了这种便利。
2. 加载操作系统引导扇区：BIOS完成初步硬件自检（POST）后，会从启动设备（如硬盘的第一个扇区）加载引导加载程序（bootloader）。这个过程也通常在实模式下进行。
3. 操作系统内核的加载和切换：当引导加载程序运行时，它会加载操作系统的核心部分到内存中。此时，操作系统的核心（通常称为内核）会负责进行模式切换。它会将所有的CPU核心都切换到保护模式，并开始执行操作系统的管理任务。
可能出现一个处理器实模式，一个处理器保护模式的场景
基于上述的启动过程，我们可以设想一个双处理器系统在特定时刻可能出现的“一个实模式，一个保护模式”的组合：
CPU0（或主处理器）的模式切换：在启动过程中，通常会有一个主CPU（我们称之为CPU0）负责执行BIOS、加载引导加载程序，并最终进行模式切换。当CPU0完成其任务后，它会首先切换到保护模式，并开始执行操作系统内核。
CPU1（或副处理器）的延迟启动或同步问题：
多处理器初始化协议（APIC）：现代多处理器系统使用APIC（Advanced Programmable Interrupt Controller）或其他类似的机制来处理处理器之间的通信和同步。在启动过程中，当CPU0完成硬件初始化后，它会发送一个“唤醒”信号（通常是中断）给其他CPU核心（如CPU1）。
CPU1的等待状态：在收到唤醒信号之前，其他CPU核心（CPU1）可能处于一种低功耗或等待状态。在等待状态下，它们可能仍然停留在实模式，或者执行一些非常基础的初始化代码。
CPU1的初始化和模式切换：当CPU1接收到来自CPU0的唤醒信号后，它会执行一段特定的初始化代码（通常也存储在内存中）。这段代码会负责将CPU1自身也切换到保护模式，并注册到操作系统的调度器中。
因此，在这个“唤醒”和“切换”的短暂窗口期内，确实可能出现CPU0已经切换到保护模式并开始运行操作系统内核，而CPU1尚未完成自身的初始化和模式切换，依然处于实模式或者一个介于实模式和保护模式之间的临时状态。
其他可能的场景（较少见且高度依赖于设计）
特殊的嵌入式系统或固件设计：某些高度定制的嵌入式系统，或者某些特定的固件（Firmware）设计，可能允许在运行时保持一个CPU核心处于低功耗或用于特定硬件控制的实模式状态，而主应用则运行在另一个保护模式的CPU核心上。但这通常不是通用操作系统所期望的，而是非常底层的系统设计。
调试和特殊工具：在某些非常底层的系统调试场景下，调试器可能会主动控制某个CPU核心进入实模式，以便直接检查硬件状态或进行内存访问。但这属于调试的范畴，而非系统正常运行。
总结来说，双处理器系统一个处理器处于实模式，一个处理器处于保护模式最常见也最可能发生的情况，就是发生在系统启动的初期阶段。 在这个阶段，主CPU完成了初步硬件初始化和模式切换，开始执行操作系统内核，而副CPU则在等待被唤醒和初始化，可能尚未完成向保护模式的切换。一旦副CPU被成功唤醒并完成初始化，它也会被操作系统切换到保护模式，从而实现所有核心都处于保护模式的稳定运行状态。除了这个启动的短暂过渡期，其他情况下让一个处理器长时间停留在实模式而另一个在保护模式运行，则不符合现代操作系统的设计理念和安全性要求。
实模式与保护模式的根本区别
首先，我们要明确实模式和保护模式是什么。这是x86架构处理器在不同运行状态下的两种工作模式：
实模式（Real Mode）：这是处理器最初设计时的模式，也是早期PC（如8086、80286）的唯一模式。它的特点是：
直接内存访问：内存地址直接对应物理地址，没有分段或分页的转换。段寄存器（CS, DS, ES, SS）乘以16并加上偏移地址，就直接得到了物理地址。
低层硬件访问能力强：可以方便地访问I/O端口、显存、中断向量表等硬件。
没有内存保护：任何程序都可以访问任何内存位置，容易造成数据损坏或程序崩溃。
单任务：虽然可以通过中断模拟多任务，但本质上是单任务的。
寻址空间受限：在早期处理器上，物理地址线较少，寻址空间有限（如8086只能寻址1MB）。
保护模式（Protected Mode）：这是从Intel 80386开始引入的模式，目的是提供内存保护、多任务以及更大的寻址空间。它的特点是：
分段和分页：通过段描述符表（GDT）和页目录表/页表进行地址转换，将逻辑地址映射到物理地址。这提供了内存保护机制（例如，防止一个进程访问另一个进程的内存）和更大的虚拟内存空间。
特权级别：引入了Ring 0到Ring 3的特权级别，Ring 0拥有最高权限（操作系统内核），Ring 3拥有最低权限（用户程序）。这限制了用户程序直接访问敏感硬件和内核数据的能力。
更好的多任务支持：硬件层面上为任务切换和管理提供了支持。
32位或64位寻址：可以访问比实模式大得多的内存空间。
多处理器系统的工作原理
在多处理器系统中，每个CPU核心通常是独立工作的，但它们共享系统资源，如内存、I/O设备等。操作系统负责调度和管理这些CPU核心。
双处理器系统中的模式切换
启动初期：实模式的普遍存在
绝大多数x86系统，无论单核还是多核，在启动的最初阶段都会从实模式开始。这是因为：
1. BIOS的初始化：计算机通电后，处理器会进入实模式。BIOS（基本输入输出系统）是运行在ROM中的固件，它使用实模式来完成硬件的初始化，包括CPU本身、内存控制器、显卡、硬盘接口等等。BIOS需要直接访问硬件，实模式提供了这种便利。
2. 加载操作系统引导扇区：BIOS完成初步硬件自检（POST）后，会从启动设备（如硬盘的第一个扇区）加载引导加载程序（bootloader）。这个过程也通常在实模式下进行。
3. 操作系统内核的加载和切换：当引导加载程序运行时，它会加载操作系统的核心部分到内存中。此时，操作系统的核心（通常称为内核）会负责进行模式切换。它会将所有的CPU核心都切换到保护模式，并开始执行操作系统的管理任务。
可能出现一个处理器实模式，一个处理器保护模式的场景
基于上述的启动过程，我们可以设想一个双处理器系统在特定时刻可能出现的“一个实模式，一个保护模式”的组合：
CPU0（或主处理器）的模式切换：在启动过程中，通常会有一个主CPU（我们称之为CPU0）负责执行BIOS、加载引导加载程序，并最终进行模式切换。当CPU0完成其任务后，它会首先切换到保护模式，并开始执行操作系统内核。
CPU1（或副处理器）的延迟启动或同步问题：
多处理器初始化协议（APIC）：现代多处理器系统使用APIC（Advanced Programmable Interrupt Controller）或其他类似的机制来处理处理器之间的通信和同步。在启动过程中，当CPU0完成硬件初始化后，它会发送一个“唤醒”信号（通常是中断）给其他CPU核心（如CPU1）。
CPU1的等待状态：在收到唤醒信号之前，其他CPU核心（CPU1）可能处于一种低功耗或等待状态。在等待状态下，它们可能仍然停留在实模式，或者执行一些非常基础的初始化代码。
CPU1的初始化和模式切换：当CPU1接收到来自CPU0的唤醒信号后，它会执行一段特定的初始化代码（通常也存储在内存中）。这段代码会负责将CPU1自身也切换到保护模式，并注册到操作系统的调度器中。
因此，在这个“唤醒”和“切换”的短暂窗口期内，确实可能出现CPU0已经切换到保护模式并开始运行操作系统内核，而CPU1尚未完成自身的初始化和模式切换，依然处于实模式或者一个介于实模式和保护模式之间的临时状态。
其他可能的场景（较少见且高度依赖于设计）
特殊的嵌入式系统或固件设计：某些高度定制的嵌入式系统，或者某些特定的固件（Firmware）设计，可能允许在运行时保持一个CPU核心处于低功耗或用于特定硬件控制的实模式状态，而主应用则运行在另一个保护模式的CPU核心上。但这通常不是通用操作系统所期望的，而是非常底层的系统设计。
调试和特殊工具：在某些非常底层的系统调试场景下，调试器可能会主动控制某个CPU核心进入实模式，以便直接检查硬件状态或进行内存访问。但这属于调试的范畴，而非系统正常运行。
总结来说，双处理器系统一个处理器处于实模式，一个处理器处于保护模式最常见也最可能发生的情况，就是发生在系统启动的初期阶段。 在这个阶段，主CPU完成了初步硬件初始化和模式切换，开始执行操作系统内核，而副CPU则在等待被唤醒和初始化，可能尚未完成向保护模式的切换。一旦副CPU被成功唤醒并完成初始化，它也会被操作系统切换到保护模式，从而实现所有核心都处于保护模式的稳定运行状态。除了这个启动的短暂过渡期，其他情况下让一个处理器长时间停留在实模式而另一个在保护模式运行，则不符合现代操作系统的设计理念和安全性要求。
网友意见
可以的，多核启动的时候从核就是从实模式启动的：https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/arch/x86/realmode/rm/trampoline_32.S?h=v5.6#n32
嵌入式系统中，有SMP模式还有AMP模式，AMP模式下CPU不同核就可以在不同的模式下运行。这种方式有一定风险，要小心处理cache和内存的操作。
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