GDT與LDT

很長時間沒碰組成原理和操作系統，忘得差不多了，今天學內核需要一些基礎知識，搜了些文章補習一下，這篇講描述符表的文章比較不錯:

原文地址：http://blog.csdn.net/billpig/article/details/5833980

另外，在oldlinux上有一篇帖子也是討論這個的，看完上面的文章再看這篇帖子就比較明瞭了：

原文地址：http://www.oldlinux.org/oldlinux/viewthread.php?tid=9420

保護模式下的段寄存器由 16位的選擇器與 64位的段描述符寄存器構成

段描述符寄存器：存儲段描述符
選擇器：存儲段描述符的索引

PS：原先實模式下的各個段寄存器作爲保護模式下的段選擇器，80486中有6個(即CS,SS,DS,ES,FS,GS)80位的段寄存器，同時提供6個段左右機器當前運行的地址空間。由選擇器CS對應表示的段仍爲代碼段，選擇器SS對應表示的段仍爲堆棧段

（1）全局描述符表GDT（Global Descriptor Table）在整個系統中，全局描述符表GDT只有一張(一個處理器對應一個GDT)，GDT可以被放在內存的任何位置，但CPU必須知道GDT的入口，也就是基地址放在哪裏，Intel的設計者門提供了一個寄存器GDTR用來存放GDT的入口地址，程序員將GDT設定在內存中某個位置之後，可以通過LGDT指令將GDT的入口地址裝入此積存器，從此以後，CPU就根據此寄存器中的內容作爲GDT的入口來訪問GDT了。GDTR中存放的是GDT在內存中的基地址和其表長界限。

（2）段選擇子（Selector）由GDTR訪問全局描述符表是通過“段選擇子”（實模式下的段寄存器）來完成的，如圖三①步。段選擇子是一個16位的寄存器（同實模式下的段寄存器相同）如圖四

段選擇子包括三部分：描述符索引（index）、TI、請求特權級（RPL）。他的index（描述符索引）部分表示所需要的段的描述符在描述符表的位置，由這個位置再根據在GDTR中存儲的描述符表基址就可以找到相應的描述符（如圖三①步）。然後用描述符表中的段基址加上邏輯地址（SEL:OFFSET）的OFFSET就可以轉換成線性地址（如圖三②步），段選擇子中的TI值只有一位0或1，0代表選擇子是在GDT選擇，1代表選擇子是在LDT選擇。請求特權級（RPL）則代表選擇子的特權級，共有4個特權級（0級、1級、2級、3級）。

關於特權級的說明：任務中的每一個段都有一個特定的級別。每當一個程序試圖訪問某一個段時，就將該程序所擁有的特權級與要訪問的特權級進行比較，以決定能否訪問該段。系統約定，CPU只能訪問同一特權級或級別較低特權級的段。

例如給出邏輯地址：21h:12345678h轉換爲線性地址
a. 選擇子SEL=21h=0000000000100 0 01b 他代表的意思是：選擇子的index=4即100b選擇GDT中的第4個描述符；TI=0代表選擇子是在GDT選擇；左後的01b代表特權級RPL=1
b. OFFSET=12345678h若此時GDT第四個描述符中描述的段基址（Base）爲11111111h，則線性地址=11111111h+12345678h=23456789h

（3）局部描述符表LDT（Local Descriptor Table）局部描述符表可以有若干張，每個任務可以有一張。我們可以這樣理解GDT和LDT：GDT爲一級描述符表，LDT爲二級描述符表。如圖

LDT和GDT從本質上說是相同的，只是LDT嵌套在GDT之中。LDTR記錄局部描述符表的起始位置，與GDTR不同LDTR的內容是一個段選擇子。由於LDT本身同樣是一段內存，也是一個段，所以它也有個描述符描述它，這個描述符就存儲在GDT中，對應這個表述符也會有一個選擇子，LDTR裝載的就是這樣一個選擇子。LDTR可以在程序中隨時改變，通過使用lldt指令。如上圖，如果裝載的是Selector 2則LDTR指向的是表LDT2。舉個例子：如果我們想在表LDT2中選擇第三個描述符所描述的段的地址12345678h。
1. 首先需要裝載LDTR使它指向LDT2 使用指令lldt將Select2裝載到LDTR
2. 通過邏輯地址（SEL:OFFSET）訪問時SEL的index=3代表選擇第三個描述符；TI=1代表選擇子是在LDT選擇，此時LDTR指向的是LDT2,所以是在LDT2中選擇，此時的SEL值爲1Ch(二進制爲11 1 00b)。OFFSET=12345678h。邏輯地址爲1C:12345678h
3. 由SEL選擇出描述符，由描述符中的基址（Base）加上OFFSET可得到線性地址，例如基址是11111111h，則線性地址=11111111h+12345678h=23456789h
4. 此時若再想訪問LDT1中的第三個描述符，只要使用lldt指令將選擇子Selector 1裝入再執行2、3兩步就可以了（因爲此時LDTR又指向了LDT1）
由於每個進程都有自己的一套程序段、數據段、堆棧段，有了局部描述符表則可以將每個進程的程序段、數據段、堆棧段封裝在一起，只要改變LDTR就可以實現對不同進程的段進行訪問。

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段描述符：

P,present位,1表示所描述的段存在(有效),爲0表示所描述的段無效,使用該描述符會引起異常
DPL,Descriptor privilege,描述符特權級別,說明所描述段的特權級別
DT,描述符類型位,1說明當前描述符爲存儲段描述符,0爲系統描述符或門描述符.

TYPE:
位0:A(accessed)位,表明描述符是否已被訪問;把選擇子裝入段寄存器時,該位被標記爲1
位3:E(EXECUTABLE?)位,0說明所描述段爲數據段;1爲可執行段(代碼段)

當爲數據段時,
   位1爲W位,說明該數據段是否可寫(0只讀,1可寫)
   位2爲ED位,說明該段的擴展方向(0向高位擴展,1向低位擴展)
當爲可執行段是,
   位1爲R位,說明該執行段是否可讀(0只執行,1可讀)
   位2爲C位,0說明該段不是一致碼段(普通代碼段),1爲一致碼段

G爲粒度位,0說明LIMIT粒度爲字節,1爲4K字節.

D位:
   1.在可執行段中,D爲1,表示使用32位地址,32/8位操作數;爲0表示使用16位地址,16/8位操作數
   2.在由SS尋址的段描述符(堆棧段?)中,D爲1表示隱含操作(如PUSH/POP)使用ESP爲堆棧指針,/
     爲0使用SP(隱含操作:未明確定義段屬性類型USE16/USE32?66H,67H?)
   3.在向低擴展的存儲段中,D爲1,表示段的上限爲4G;爲0上限爲64K

存儲段描述符的結構表示: