GDT,LDT,GDTR,LDTR

  • 前言
    • 全局描述符表GDT
    • 局部描述符表LDT
    • 中断描述符表IDT
    • 段选择子
    • 任务寄存器TR
    • 实例
      • 1：访问GDT
      • 2：访问LDT

前言

所谓工作模式，是指CPU的寻址方式、寄存器大小、指令用法和内存布局等。

  • 实模式

    • 段基址:段内偏移地址”产生的逻辑地址就是物理地址，即程序员可见的地址完全是真实的内存地址。
  • 保护模式
    • 在保护模式中，内存的管理模式分为两种——段模式和页模式。其中页模式也是基于段模式的。也就是说，保护模式的内存管理模式事实上是：纯段模式和段页式。进一步说，段模式是必不可少的，而页模式则是可选的——如果使用页模式，则是段页式，否则这是纯段模式。

保护模式下的段寄存器 由 16位的选择器 与 64位的段描述符寄存器 构成

  • 段描述符寄存器： 存储段描述符
  • 选择器：存储段描述符的索引

    PS：原先实模式下的各个段寄存器作为保护模式下的段选择器，80486中有6个(即CS,SS,DS,ES,FS,GS)80位的段寄存器。由选择器CS对应表示的段仍为代码段，选择器SS对应表示的段仍为堆栈段。

全局描述符表GDT

全局描述符表GDT（Global Descriptor Table）在整个系统中，全局描述符表GDT只有一张，GDT可以被放在内存的任何位置，但CPU必须知道GDT的入口，也就是基地址放在哪里，Intel的设计者提供了一个寄存器GDTR用来存放GDT的入口地址，程序员将GDT设定在内存中某个位置之后，可以通过LGDT指令将GDT的入口地址装入此寄存器，从此以后，CPU就根据此寄存器中的内容作为GDT的入口来访问GDT了。GDTR中存放的是GDT在内存中的基地址和其表长界限。

全局描述符表在系统中只能有一个,且可以被每一个任务所共享.任何描述符都可以放在GDT中,但中断门和陷阱门放在GDT中是不会起作用的.能被多个任务共享的内存区就是通过GDT完成的,

GDTR寄存器中的基地址指定GDT表在内存中的起始地址，表长度指明GDT表的字节长度值。

指令LGDT和SGDT分别用于加载和保存GDTR寄存器的内容。在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0xFFFF。在保护模式初始化过程中必须给GDTR加载一个新值。

局部描述符表LDT

局部描述符表LDT（Local Descriptor Table）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

局部描述符表在系统中可以有多个,通常情况下是与任务的数量保持对等,但任务可以没有局部描述符表.任务间不相干的部分也是通过LDT实现的.这里涉及到地址映射的问题.和GDT一样,中断门和陷阱门放在LDT中是不会起作用的.

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。

  1. 首先需要装载LDTR使它指向LDT2 使用指令lldt将Select2装载到LDTR

  2. 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

  3. 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

  4. 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。

当进行任务切换时，处理器会把新任务LDT的段选择符和段描述符自动地加载进LDTR中。在机器加电或处理器复位后，段选择符和基地址被默认地设置为0，而段长度被设置成0xFFFF。

GDT表只有一个，是固定的；而LDT表每个任务就可以有一个，因此有多个，并且由于任务的个数在不断变化其数量也在不断变化。如果只有一个LDTR寄存器显然不能满足多个LDT的要求。因此INTEL的做法是把它放在放在GDT中。

中断描述符表IDT

与GDTR的作用类似，IDTR寄存器用于存放中断描述符表IDT的32位线性基地址和16位表长度值。指令LIDT和SIDT分别用于加载和保存IDTR寄存器的内容。在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0xFFFF。

和GDT一样,中断描述符表在系统最多只能有一个,中断描述符表内可以存放256个描述符,分别对应256个中断.因为每个描述符占用8个字节,所以IDT的长度可达2K.中断描述符表中可以有任务门、中断门、陷阱门三个门描述符，其它的描述符在中断描述符表中无意义。

段选择子

在保护模式下,段寄存器的内容已不是段值,而称其为选择子.该选择子指示描述符在上面这三个表中的位置,所以说选择子即是索引值。

当我们把段选择子装入寄存器时不仅使该寄存器值，同时CPU将该选择子所对应的GDT或LDT中的描述符装入了不可见部分。这样只要我们不进行代码切换(不重新装入新的选择子)CPU就会不会对不可见部分存储的描述符进行更新，可以直接进行访问，加快了访问速度。一旦寄存器被重新赋值，不可见部分也将被重新赋值。

段选择子包括三部分：描述符索引（index）、TI、请求特权级（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，由这个位置再根据在GDTR中存储的描述符表基址就可以找到相应的描述符。

然后用描述符表中的段基址加上逻辑地址（SEL:OFFSET）的OFFSET就可以转换成线性地址，

段选择子中的TI值只有一位0或1，0代表选择子是在GDT选择，1代表选择子是在LDT选择。

请求特权级（RPL）则代表选择子的特权级，共有4个特权级（0级、1级、2级、3级）。

关于特权级的说明：任务中的每一个段都有一个特定的级别。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，以决定能否访问该段。系统约定，CPU只能访问同一特权级或级别较低特权级的段。

例如给出逻辑地址：21h:12345678h转换为线性地址

a. 选择子SEL=21h=0000000000100 0 01b 他代表的意思是：选择子的index=4即100b选择GDT中的第4个描述符；TI=0代表选择子是在GDT选择；左后的01b代表特权级RPL=1

b. OFFSET=12345678h若此时GDT第四个描述符中描述的段基址（Base）为11111111h，则线性地址=11111111h+12345678h=23456789h

任务寄存器TR

TR用于寻址一个特殊的任务状态段（Task State Segment，TSS）。TSS中包含着当前执行任务的重要信息。

TR寄存器用于存放当前任务TSS段的16位段选择符、32位基地址、16位段长度和描述符属性值。它引用GDT表中的一个TSS类型的描述符。指令LTR和STR分别用于加载和保存TR寄存器的段选择符部分。当使用LTR指令把选择符加载进任务寄存器时，TSS描述符中的段基地址、段限长度以及描述符属性会被自动加载到任务寄存器中。当执行任务切换时，处理器会把新任务的TSS的段选择符和段描述符自动加载进任务寄存器TR中。

实例

1：访问GDT


当TI=0时表示段描述符在GDT中，如上图所示：

①先从GDTR寄存器中获得GDT基址。

②然后再GDT中以段选择器高13位位置索引值得到段描述符。

③段描述符符包含段的基址、限长、优先级等各种属性，这就得到了段的起始地址（基址），再以基址加上偏移地址yyyyyyyy才得到最后的线性地址。

2：访问LDT


当TI=1时表示段描述符在LDT中，如上图所示：

①还是先从GDTR寄存器中获得GDT基址。

②从LDTR寄存器中获取LDT所在段的位置索引(LDTR高13位)。

③以这个位置索引在GDT中得到LDT段描述符从而得到LDT段基址。

④用段选择器高13位位置索引值从LDT段中得到段描述符。

⑤段描述符符包含段的基址、限长、优先级等各种属性，这就得到了段的起始地址（基址），再以基址加上偏移地址yyyyyyyy才得到最后的线性地址。

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