GDT、GDTR、LDT、LDTR的学习
GDT的由来:
在Real Mode下,我们对一个内存地址的访问是通过Segment:Offset的方式来进行的,其中Segment是一个段的Base Address,一个Segment的最大长度是64 KB,这是16-bit系统所能表示的最大长度。而Offset则是相对于此Segment Base Address的偏移量。Base Address+Offset就是一个内存绝对地址。由此,我们可以看出,一个段具备两个因素:Base Address和Limit(段的最大长度),而对一个内存地址的访问,则是需要指出:使用哪个段?以及相对于这个段Base Address的Offset,这个Offset应该小于此段的Limit。当然对于16-bit系统,Limit不要指定,默认为最大长度64KB,而 16-bit的Offset也永远不可能大于此Limit。我们在实际编程的时候,使用16-bit段寄存器CS(Code Segment),DS(Data Segment),SS(Stack Segment)来指定Segment,CPU将段积存器中的数值向左偏移4-bit,放到20-bit的地址线上就成为20-bit的Base Address。
到了Protected Mode,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,Protected Mode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。
既然是这样,我们就先不去考虑页模式。对于段模式来讲,访问一个内存地址仍然使用Segment:Offset的方式,这是很自然的。由于 Protected Mode运行在32-bit系统上,那么Segment的两个因素:Base Address和Limit也都是32位的。IA-32允许将一个段的Base Address设为32-bit所能表示的任何值(Limit则可以被设为32-bit所能表示的,以2^12为倍数的任何指),而不像Real Mode下,一个段的Base Address只能是16的倍数(因为其低4-bit是通过左移运算得来的,只能为0,从而达到使用16-bit段寄存器表示20-bit Base Address的目的),而一个段的Limit只能为固定值64 KB。另外,Protected Mode,顾名思义,又为段模式提供了保护机制,也就说一个段的描述符需要规定对自身的访问权限(Access)。所以,在Protected Mode下,对一个段的描述则包括3方面因素:【Base Address, Limit, Access】,它们加在一起被放在一个64-bit长的数据结构中,被称为段描述符。这种情况下,如果我们直接通过一个64-bit段描述符来引用一个段的时候,就必须使用一个64-bit长的段寄存器装入这个段描述符。但Intel为了保持向后兼容,将段寄存器仍然规定为16-bit(尽管每个段寄存器事实上有一个64-bit长的不可见部分,但对于程序员来说,段寄存器就是16-bit的),那么很明显,我们无法通过16-bit长度的段寄存器来直接引用64-bit的段描述符。
怎么办?解决的方法就是把这些长度为64-bit的段描述符放入一个数组中,而将段寄存器中的值作为下标索引来间接引用(事实上,是将段寄存器中的高13 -bit的内容作为索引)。这个全局的数组就是GDT。事实上,在GDT中存放的不仅仅是段描述符,还有其它描述符,它们都是64-bit长。GDT是Protected Mode所必须的数据结构,也是唯一的。另外,正像它的名字(Global Descriptor Table)所揭示的,它是全局可见的,对任何一个任务而言都是这样。
GDT的构成:
2、D/B:
3、DPL:特权级,0为最高特权级,3为最低,表示访问该段时CPU所需处于的最低特权级
4、type : 类型
(1)、type<8时:数据段
GDTR是什么?
LDT是什么?
LDTR是什么?
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1C h(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)。
段选择子是什么?
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。
(1)、选择子SEL=21h=0000000000100 0 01b 它代表的意思是:选择子的index=4即选择GDT中的第4个描述符;TI=0代表选择子是在GDT选择;最后的01代表特权级RPL=1
(2)、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
关系:
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;
LDTR是一个16位的局部描述符寄存器,高13位存放LDT在GDT中的索引值。
GDT类似于一个 “数组” ,“数组元素” 可以是段描述符,也可以是LDT描述符。
若给定一个逻辑地址是 a:b ,根据逻辑地址的a(段选择符)的T1位确定是选择GDT还是LDT。
a、若是T1位选择GDT,根据GDTR找到GDT的基址,根据a的 3~15位确定它的段描述符X在GDT中的位置(GDTR即基址+a的3-15bit即相对位置):确定段描述符X,再根据段描述符提取出其中包含的段基址信息,段基址+b(段内偏移),最终确定线性地址。
2)若是T1位选择LDT,根据GDTR找到GDT的基址,根据LDTR的高13位确定它的LDTX描述符在GDT中的位置(GDTR基址+LDTR13bit即相对位置):确定LDTX描述符。LDTX描述符可以确定LDT的基址(LDTX描述符确定LDT表在内存中的起始位置),再根据段选择符a确定的相对位置,可以确定LDT中的私有段描述符Y。接下来同上面的:再根据段描述符提取出其中包含的段基址信息,段基址+b(段内偏移),最终确定线性地址。
GDT中包含的段描述符X和LDT中包含的私有段描述符Y,所占空间相同。
GDT中包含的段描述符X和GDT中包含的LDT描述符,所占用空间相同。
结论是:LDT不包含在GDT中。GDT中只是包含了LDT描述符(一个指向LDT起始地址的指针)。
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