全局描述符表GDT-第一部分

以下内容都是我阅读《从x86实模式到保护模式》一书的总结笔记，大约在11章~13章，主要记录一下有关GDT的内容。分两部分，第一部分简单介绍GDT，第二部分深入保护模式下的特权保护。

GDT的引入

在实模式下最大可以访问1M大小的地址，进入保护模式后，由于需要内存保护，必须一五一十的记录段的权限–哪个段是系统级别的权限，哪个段时应用级别的权限，这样就可以使得系统可以对所有硬件进行直接访问，限定应用程序对硬件的直接访问，以免怀有恶意的应用程序对计算机破坏。

负责记录段权限的就是GDT，全称全局描述符表，它由64位比特组成，也就是两个字，下图是GDT的示意图

Base：段的基地址，由一个字大小组成，意味着它可以是保护模式下4G内存中任意一个地址。
Limit 和 G：Limit 是段的大小范围也叫段界限，由20个比特组成，也就是1M大小，G是段界限的单位。另外，如果G位为0就以字节为单位，如果为1就以4KB为单位。假设G位为0，那么Limit+1是多少，此段大小就为多少字节，范围为1B~1M；设G位位1，那么此段大小为(Limit+1)*4KB大小，范围为4KB~4G。
P：存在标志位，为0就说明段不存在内存中，为1就存在内存中。这里可以引发一个中断，当CPU检查到这一位为0，后面指令又要使用此段的时候，可以引发一个缺段中断，然后跳转到加载段的中断程序以加载此段到内存中。
DPL: 此段的特权等级，由两位比特组成，最高特权等级为00，最低特权等级为11，一共有三个特权等级。
S 和 TYPE: S 位用于指定描述符的类型。当该位是0时，表示是一个系统段；为“1时，表示是一个代码段或者数据段（栈段也是特殊的数据段）。当S为1时，也就是为代码段或数据段时，TYPE的情况如下：

也就是说，X为0时候就是数据段，X为1时候就是代码段，而关于依从的概念是关系到切换任务时候特权的更变的，后面再说。当S为0时也就是此段是一个系统段，而系统段也有好几种，TYPE里所代表的就是系统段的种类。(目前据我所知，TYPE是0010的为 LDT描述符、是1011或1001的为TSS描述符、是1100的为调用门描述符等）
D/B：默认的操作数大小或者默认的栈指针大小，该标志位主要是为了能够在32位处理器上兼容运行16 位保护模式的程序。该标志位对不同的段有不同的效果。对于代码段，此位为D位，用于指示指令中默认的偏移地址和操作数尺寸。D＝0 表示指令中的偏移地址或者操作数是16 位的；D＝1，指示32 位的偏移地址或者操作数。对于数据段，此位为B位…
L：是64 位代码段标志，保留此位给64位处理器使用。如果还是32位保护模式，我们将此位置0即可。
AVL：此位是保留位，留给操作系统用的，用也可以不用也可以。

段界限

这里重点关注一下段界限，有两点：

段界限的计算
栈段界限和栈的范围

段界限的计算

有一点需要注意段界限在数值上，是比实际大小少1的，为什么呢？比如内存单元的0~7，这里的0也是可以作为一个内存单元的，因此0~7实际的大小为8比特，而不是7比特。

实际段界限值=(描述符中段界限值+1)*(段界限的颗粒大小:4KB或1B)-1

这里假设描述符中段界限值为0xFFFFF
G为0，颗粒大小为1字节，根据公式实际段界限值就是描述符中段界限值
G为1，颗粒大小为4KB字节，实际段界限值=0x100000*0x1000-1=0xFFFFFFFF

4KB=4*1024B=4096B
4096为十进制
4096B的十六进制为1000

栈段界限与栈的范围

我当时也一脸懵逼，但是后来慢慢理解上了。

普通的数据段，偏移量是从0x00000000开始，一直到段界限值，因为数据段是向上增长的，是增加的；而作为栈的数据段就不一样了，栈是向下减少的，方向和数据段相反，所以偏移量的起点应该也要相反，也就是说偏移量应该是从0xFFFFFFFF开始，一直减少到段界限值。

总的来说，数据段的范围为：0x00000000 ~ Limit，栈段的范围为：0xFFFFFFFF ~ Limit

而栈基址的作用是啥？我认为是一种定位的作用，比如我设置一个栈段界限为0xFFFFE，栈段基地址为0x7c00，会发生什么呢？看下图就懂了：

原本栈段基地址为0时候，栈段范围为0xFFFFFF ~ 0xFFFFEFFF ，有了基地址，两头分别加上栈段基地址0x7c00，由于底部和顶部两端是相连的(0xFFFFFF + 1 = 0x000000)，所以栈段的范围变成了0x00006C00～0x00007BFF

而关于ESP的值的问题，原本不加栈段基地址设置为0，那就可以自动从0落到0xFFFFFF ~ 0xFFFFEFFF 范围，如果加了栈段基地址，就会落到0x00006C00～0x00007BFF范围里。

一旦CPU访问此栈段时候，实际访问的物理地址超过0x00006C00～0x00007BFF这个范围，就会触发异常中断，以保护其他段的数据安全。

有关GDT的第一部分完成，第二部分是有关保护模式下的特权保护相关内容，会记录一下选择子的笔记，也就是GDT里的DPL以及CPL，还有选择子的RPL

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