设置Unreal Mode时是否需要配置CS寄存器？

OSDev提供的Unreal Mode切换示例代码如下：

ORG 0x7c00                ; add to offsets
 
start:
   xor ax, ax             ; make it zero
   mov ds, ax             ; DS=0
   mov ss, ax             ; stack starts at seg 0
   mov sp, 0x9c00         ; 2000h past code start, 
                          ; making the stack 7.5k in size
 
   cli                    ; no interrupts
   push ds                ; save real mode
 
   lgdt [gdtinfo]         ; load gdt register
 
   mov  eax, cr0          ; switch to pmode by
   or al,1                ; set pmode bit
   mov  cr0, eax
   jmp 0x8:pmode
 
pmode:
   mov  bx, 0x10          ; select descriptor 2
   mov  ds, bx            ; 10h = 10000b
 
   and al,0xFE            ; back to realmode
   mov  cr0, eax          ; by toggling bit again
   jmp 0x0:unreal
 
unreal:
   pop ds                 ; get back old segment
   sti
 
   mov bx, 0x0f01         ; attrib/char of smiley
   mov eax, 0x0b8000      ; note 32 bit offset
   mov word [ds:eax], bx
 
   jmp $                  ; loop forever
 
gdtinfo:
   dw gdt_end - gdt - 1   ;last byte in table
   dd gdt                 ;start of table
 
gdt:        dd 0,0        ; entry 0 is always unused
codedesc:   db 0xff, 0xff, 0, 0, 0, 10011010b, 00000000b, 0
flatdesc:   db 0xff, 0xff, 0, 0, 0, 10010010b, 11001111b, 0
gdt_end:
 
   times 510-($-$$) db 0  ; fill sector w/ 0's
   dw 0xAA55              ; Required by some BIOSes

针对这段代码，有以下几个疑问及解答：

疑问1：为何要操作CS？我们仅需扩大数据段限制，只需设置DS即可 #

操作CS是因为早期x86 CPU的设计要求：当把CR0的PE位置1进入保护模式后，必须立即执行一次远跳转来刷新指令预取队列。此时CPU的指令预取队列里还残留着实模式下的指令解码状态，远跳转能强制清空队列，让CPU完全切换到保护模式的指令解码逻辑。如果跳过这一步，后续指令可能被错误解码，直接导致系统崩溃。

疑问2：在mov cr0, eax之后（或执行近跳转刷新预取队列后），直接用mov给DS加载GDT条目是否可行？ #

不行。刚设置CR0.PE=1后，CPU虽然进入保护模式，但CS寄存器仍然是实模式下的段值，没有加载对应的保护模式段描述符。此时直接给DS加载GDT条目会触发#GP（一般保护异常）——保护模式下加载段寄存器需要验证权限，而CS此时还是实模式的“伪描述符”，权限不匹配，无法完成数据段寄存器的加载。必须先通过远跳转让CS加载合法的保护模式代码段描述符，建立起有效的保护模式执行环境后，才能安全地加载其他段寄存器。

疑问3：代码执行两次远跳转，返回Unreal Mode时CS=8，与CS.base不匹配会破坏中断的CS:IP保存恢复机制，完全不使用远跳转是否可行？ #

可以完全不用远跳转，但要处理两个核心点：

• 进入保护模式时，用近跳转代替远跳转来刷新预取队列。近跳转不会修改CS的值，此时CS还是实模式的段值，但CR0.PE=1会让CPU把它当作一个兼容的保护模式段描述符（基地址=段值<<4，限长0xFFFF），后续加载DS的操作是合法的。
• 返回Unreal Mode时，直接修改CR0.PE=0即可，不需要远跳转。此时所有数据段寄存器已经加载了32位平坦段描述符，回到实模式后这些寄存器的隐藏部分会保留保护模式的设置（基地址0，限长4GB），这正是Unreal Mode的核心特性——数据段使用32位平坦模式，代码段保持实模式。

不过要注意，部分非常老旧的CPU（比如早期80386）对近跳转刷新预取队列的支持不佳，远跳转是兼容性更好的做法。但如果只针对较新的x86 CPU，完全可以不用远跳转，避免CS被修改导致的中断机制问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者moehr1z