GDT与LDT

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GDT与LDT

引言
全局描述符表与局部描述符表过去虽然看过，但是印象不深很深，后来看了《自己动手实现一个操作系统》，提到实模式到保护模式转换时，改短代码初始时候只能看懂几句，无法通透，所以过来补充点基础知识。

LDT属于程序，GDT属于系统，同一台计算机上的所有程序共享一个GDT。
LDT描述局部于每个程序的段，包括其代码、数据、堆栈等。GDT描述系统段，包括操作系统本身。

GDT

整个系统中只有GDT（一个处理器对应一个），可以存放在内存的任何位置，那么如何获得GDT的入口地址呢？ Intel使用一个48位的寄存器GDTR存储GDT的入口地址。使用LGDT xxx将GDT的入口地址装入GDTR，之后CPU根据GSTR的内容访问GDT表，相应的又LDTR，与GDTR相同的功能，只是它存放的LDT的入口地址。

GDTR结构

段选择子(Selector)
GDTR访问全局描述符表是通过“段选择子”（实模式下的段寄存器16bit）完成，为了访问一个段，需要将这个段的选择子装入6个段寄存器中的一个。在运行过程中，cs寄存器保存代码段的选择子，ds寄存器保存数据段的选择子，每个选择子16bit。选择子结构如图所示，选择子的第2位T指出访问的是全局描述符表（0）还是局部描述符表（1），3~15位索引是LDT或GDT表的表项编号，指明在表中的位置。找到相应的描述符后使用sel:offset转换为线性地址。所以描述符表最大能够存储2^13=8KB个描述符。第0位RPL表示选择子的特权级，共有四个特权级(0级，1级，2级，3级)。在任务重每一个段都有一个特定的基本，每当一个程序试图访问某一个段时，就将该程序所拥有的特权级与要访问的特权级进行比较（数字越小级别越高）。系统规定，CPU只能访问同一个特权级或者级别较低特权级的段。GDT与LDT都是保护模式中的，之前不明白实模式与保护模式的区别，如何保护，系统级别与特权级别的区别在哪里，到这里稍微有点明白。在保护模式中通过描述符表，选择子加入了特权级别的检验以下是全局描述符表的数据结构：

struct SEGMENT_DESCRIPTOR{
  short limit_low,base_low;/*段上限的低16位和段基址的低16位*/
  char base_mid,access_right;/*访问权限*/
  char limit_high,base_hight;/*段上限的高8位和基址的高8位*/};

LDT

LDT局部描述符表可以有若干张，每个任务可以有一张。我们可以这样理解GDT和LDT：GDT为一级描述符表，LDT为二级描述符表。如图

LDT

LDT和GDT从本质上说是相同的，只是LDT嵌套在GDT之中。LDTR记录局部描述符表的起始位置，与GDTR不同LDTR的内容是一个段选择子。由于LDT本身同样是一段内存，也是一个段，所以它也有个描述符描述它，这个描述符就存储在GDT中，对应这个表述符也会有一个选择子，LDTR装载的就是这样一个选择子。LDTR可以在程序中随时改变，通过使用lldt指令。如上图，如果装载的是Selector 2则LDTR指向的是表LDT2。举个例子：如果我们想在表LDT2中选择第三个描述符所描述的段的地址12345678h。

首先需要装载LDTR使它指向LDT2 使用指令lldt将Select2装载到LDTR
通过逻辑地址（SEL:OFFSET）访问时SEL的index=3代表选择第三个描述符；TI=1代表选择子是在LDT选择，此时LDTR指向的是LDT2,所以是在LDT2中选择，此时的SEL值为1Ch(二进制为11 1 00b)。OFFSET=12345678h。逻辑地址为1C:12345678h
由SEL选择出描述符，由描述符中的基址（Base）加上OFFSET可得到线性地址，例如基址是11111111h，则线性地址=11111111h+12345678h=23456789h
此时若再想访问LDT1中的第三个描述符，只要使用lldt指令将选择子Selector 1装入再执行2、3两步就可以了（因为此时LDTR又指向了LDT1）由于每个进程都有自己的一套程序段、数据段、堆栈段，有了局部描述符表则可以将每个进程的程序段、数据段、堆栈段封装在一起，只要改变LDTR就可以实现对不同进程的段进行访问。
段描述符
P,present位,1表示所描述的段存在(有效),为0表示所描述的段无效,使用该描述符会引起异常DPL,
Descriptor privilege,描述符特权级别,说明所描述段的特权级别DT,描述符类型位,1说明当前描述符为存储段描述符,0为系统描述符或门描述符.
TYPE:位0:A(accessed)位,表明描述符是否已被访问;把选择子装入段寄存器时,该位被标记为1位
3:E(EXECUTABLE?)位,0说明所描述段为数据段;1为可执行段(代码段)当为数据段时, 位1为W位,说明该数据段是否可写(0只读,1可写) 位2为ED位,说明该段的扩展方向(0向高位扩展,1向低位扩展)当为可执行段是, 位1为R位,说明该执行段是否可读(0只执行,1可读) 位2为C位,0说明该段不是一致码段(普通代码段),1为一致码段G为粒度位,0说明LIMIT粒度为字节,1为4K字节.D位:
1.在可执行段中,D为1,表示使用32位地址,32/8位操作数;为0表示使用16位地址,16/8位操作数
2.在由SS寻址的段描述符(堆栈段?)中,D为1表示隐含操作(如PUSH/POP)使用ESP为堆栈指针, 为0使用SP(隐含操作:未明确定义段属性类型USE16/USE32?66H,67H?)
3.在向低扩展的存储段中,D为1,表示段的上限为4G;为0上限为64K存储段描述符的结构表示:

分段管理可以把虚拟地址转换成线性地址，而分页管理可以进一步将线性地址转换成物理地址。当CR0中的PG位置1时，启动分页管理功能，为0时，这禁止启动分页管理功能，并且把线性地址作物理地址使用。虚拟地址转为线性地址：线性地址= 段基指 + 偏移地址32位线性地址转为物理地址：32位分为:页目录索引：占最高10位，指示页目录表中第几个页表描述符页表索引：占12位到21位，也是10位。指示这页表中第几个页描述符页描述符：线性地址的低12位为页内偏移量。具体描述转载自

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