GDT、GDTR、LDT、LDTR

本文介绍了全局描述符表GDT、GDTR、局部描述符表LDT和LDTR在处理器中的作用。GDT用于存储段描述符,GDTR寄存器持有GDT的基地址。LDT是进程特定的描述符表,通过LDTR进行访问。段选择子结合GDTR和LDT提供段的访问权限。段描述符结构包含了段的界限和属性信息。

全局描述符表GDT(Global Descriptor Table):

在整个系统中,全局描述符表只有一张(一个处理器对应一个GDT),GDT可以被放在内存中的任意位置,但CPU必须知道GDT的入口,也就是基地址在哪。

作用:

根据GDT的名字就可以得出它是专门用来存描述符的,每个描述符都对应了一个段。

GDTR:

之前说了CPU必须直到GDT的基地址,所以寄存器GDTR就是用来干这件事的。它的结构如图,32位用来存基地址,16位用来存GDT表的界限。
这里写图片描述

段选择子:

GDTR寄存器可以取得GDT的基地址,但是如果想取得对应的描述符,就还需要偏移量,这里就引入了段选择子。它包含三个部分:描述符索引(index)、TI、请求特权级(RPL),其中描述符索引自然是刚才指的那个”偏移量”,它配合上GDT的基址就可以取得GDT表中相应的描述符,TI代表当前是GDT还是LDT(局部描述符表,这个会在后面说明),请求特权级代表了选择子的特权级,特权级有4个值(0、1、2、3),数字越大特权越小,关于特权级这方面的知识也有点混杂,我会在另篇博文中详细说明,这里只需要知道段选择子结构中有这个字段就行了。它的结构如图所示,是个16位的寄存器。

### GDT(全局描述符表) GDT 是保护模式下内存段(数据段、代码段等)的登记表,是线性地址空间的一个数据结构,每个系统必须定义一个 GDT,用于系统中的所有任务和程序。GDT 本身不是一个段,其线性基地址和长度必须加载进 GDTR 之中,且基地址最好进行 8 字节对齐,因为每个描述符长度是 8 字节 [^2]。 ### LDT(局部描述符表) LDT 是任务私有的结构,一个任务对应一个 LDT,用于实现保护模式下通过虚拟地址进行内存隔离,防止一个进程访问另一个进程的代码或数据段。LDT 同样存储在内存中的一段区域中,需要在 GDT 中注册,拥有自己的描述符来描述某任务的 LDT 的起始地址及偏移量大小,以便通过段选择子准确访问。不过,由于每加入一个任务都要在 GDT 中添加新的 LDT 描述表,且任务切换时要重新加载 LDTR,操作麻烦,现在很少使用 LDT 作为多任务的切换方式了。在 Linux 中,2.4 之前使用 LDT 辅助进程任务切换,2.4 之后所有任务共享一个 LDT,这个共享 LDT 条目放在 GDT 中,默认有 3 个条目:LDT[0] 为空;LDT[1] 为用户代码段;LDT[2] 为用户数据/堆栈段描述符,Linux 所生成的 LDT 的大小是 24 个字节 [^1][^3]。 ### TSS(任务状态段) TSS 用于进程任务切换。在 Linux 2.4 之前使用 TSS 进行进程任务切换,但 TSS 和 LDT 中的每一个条目都应该保存在 GDT 中,这限制了系统中的任务总数 [^1]。 ### 代码示例 以下是一个简单的伪代码示例,用于说明加载 GDTLDT 的概念: ```asm ; 定义 GDTgdt_start: ; 空描述符 dd 0x0 dd 0x0 ; 代码段描述符 dw 0xFFFF ; 段界限低 16 位 dw 0x0 ; 段基地址低 16 位 db 0x0 ; 段基地址中 8 位 db 10011010b ; 访问权限 db 11001111b ; 其他标志和段界限高 4 位 db 0x0 ; 段基地址高 8 位 ; 数据段描述符 dw 0xFFFF ; 段界限低 16 位 dw 0x0 ; 段基地址低 16 位 db 0x0 ; 段基地址中 8 位 db 10010010b ; 访问权限 db 11001111b ; 其他标志和段界限高 4 位 db 0x0 ; 段基地址高 8 位 gdt_end: ; GDT 描述符 gdt_descriptor: dw gdt_end - gdt_start - 1 ; GDT 长度 dd gdt_start ; GDT 基地址 ; 加载 GDT lgdt [gdt_descriptor] ; 假设 LDT 描述符已经在 GDT 中 ; 加载 LDT mov ax, 0x10 ; 假设 LDT 选择子为 0x10 lldt ax ```
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