GDT(Global Descriptor Table)

在Protected Mode下，一个重要的必不可少的数据结构就是GDT（Global Descriptor Table）。 为何要有GDT？咱们首先考虑一下在Real Mode下的编程模型： 在Real Mode下，咱们对一个内存地址的访问是经过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，咱们能够看出，一个段具有两个因素：Base Address和Limit（段的最大长度），而对一个内存地址的访问，则是须要指出：使用哪一个段？以及相对于这个段Base Address的Offset，这个Offset应该小于此段的Limit。固然对于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。咱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——若是使用页模式，则是段页式；不然这是纯段模 式。 既然是这样，咱们就先不去考虑页模式。对于段模式来说，访问一个内存地址仍然使用Segment:Offset的方式，这是很天然的。因为 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容许将一个段的Base Address设为32-bit所能表示的任何值（Limit则能够被设为32-bit所能表示的，以2^12为倍数的任何指），而不象Real Mode下，一个段的Base Address只能是16的倍数（由于其低4-bit是经过左移运算得来的，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须要规定对自身的访问权限（Access）。因此，在Protected Mode下，对一个段的描述则包括3方面因素：[Base Address, Limit, Access]，它们加在一块儿被放在一个64-bit长的数据结构中，被称为段描述符。这种状况下，若是咱们直接经过一个64-bit段描述符来引用一个 段的时候，就必须使用一个64-bit长的段积存器装入这个段描述符。但Intel为了保持向后兼容，将段积存器仍然规定为16-bit（尽管每一个段积存 器事实上有一个64-bit长的不可见部分，但对于程序员来讲，段积存器就是16-bit的），那么很明显，咱们没法经过16-bit长度的段积存器来直 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做为下标索引来 间接引用（事实上，是将段寄存器中的高13 -bit的内容做为索引）。这个全局的数组就是GDT。事实上，在GDT中存放的不只仅是段描述符，还有其它描述符，它们都是64-bit长，咱们随后再 讨论。 GDT能够被放在内存的任何位置，那么当程序员经过段寄存器来引用一个段描述符时，CPU必须知道GDT的入口，也就是基地址放在哪里， 因此 Intel的设计者门提供了一个寄存器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以后，能够经过LGDT指令将GDT的入口 地址装入此积存器，今后之后，CPU就根据此积存器中的内容做为GDT的入口来访问GDT了。 GDT是Protected Mode所必须的数据结构，也是惟一的——不该该，也不可能有多个。另外，正象它的名字（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。 除 了GDT以外，IA-32还容许程序员构建与GDT相似的数据结构，它们被称做LDT（Local Descriptor Table），但与GDT不一样的是，LDT在系统中能够存在多个，而且从LDT的名字能够得知，LDT不是全局可见的，它们只对引用它们的任务可见，每一个 任务最多能够拥有一个LDT。另外，每个LDT自身做为一个段存在，它们的段描述符被放在GDT中。 IA-32为LDT的入口地址也提供了一 个寄存器LDTR，由于在任什么时候刻只能有一个任务在运行，因此LDT寄存器全局也只须要有一个。若是一个任务拥有自身的LDT，那么当它须要引用自身的 LDT时，它须要经过LLDT将其LDT的段描述符装入此寄存器。LLDT指令与LGDT指令不一样的时，LGDT指令的操做数是一个32-bit的内存地 址，这个内存地址处存放的是一个32-bit GDT的入口地址，以及16-bit的GDT Limit。而LLDT指令的操做数是一个16-bit的选择子，这个选择子主要内容是：被装入的LDT的段描述符在GDT中的索引值——这一点和刚才所 讨论的经过段积存器引用段的模式是同样的。