Join.G Blog

GDT全局描述表

GDT全局描述表

实模式下内存的地址访问限制是1M， 这是由于8086cpu的使用的寄存器是16位的 而地址总线是20位。1M = 1<<20。

现在cpu的寄存器早就不是什么16位的了，但是计算机现代计算机启动后还是采用实模式。

实模式中就有内存访问限制，要突破这个限制，计算机必须进入保护模式。

Intel 64 and IA-32 Architectures. Software Developer’s Manual. Volume 3A的第二章对GDT进行了详细的描述。

实模式中内存寻址才用方式: Segment:Offset Segment 是段寄存器: CS, ES, DS, FS, GS

segment in real model

实模式下内存段

转换成物理地址公式 PhysicalAddress = Segment * 16 + Offset

比如:

mov $0x7c0, %ax
mov %ax, %ds
mov %ds:(0x20), %ax

这里访问的物理地址就是0x7c0*0x10 + 0x20

segment in protect model

保护模式下内存段

保护模式的内存寻址(32bits)

保护模式突破实模式的内存限制， 能够使用4G的内存。 保护模式中，内存的管理模式分为两种，段模式和页模式。

段模式就采用GDT来进行内存管理。GDT在内存中任意位置， 所以lgdt指令用于让cpu设置gdtr的值， gdtr是一个48bits的寄存器。

gdtr结构如下图:

gdtr (from OSDev wiki)

图片来源于OSWIKI

Offset Name Description
0..15 Size 整个GDT表的大小 2Bytes
16..47 Offset GDT的入口位置 
gdtptr:
    .word   (GdtLen - 1)            /* limit */
    .long   0


lgdt gdtptr

使用lgdt来设置.

GDT (from OSDev wiki)

图片来源于OSWIKI

Offset Name Description
0..15 Limit limit的底4Bytes
16..31 Base base的底4Bytes
32..39 Base base的中间2Bytes
40..47 Access Byte 内存访问控制标志字节
48..51 Limit limit的高4Bytes
52..55 Flags 4个段大小标记
56..63 Base Base的高2Bytes

这里比较让人迷惑的是BASE与LIMIT不是完整的内存表示，而是分散分布在里面。

Base Address: 32bits基址 分布在在描述符中分成三块存在。 可以指向4G内存的任意地方。

Limit: 20bits的限制， 由于是20bits所以一般情况限制最大值是1M， 但是可以通过设置页粒度值让限制由1M变成1M*4096(4G)

access and flags (from OSDev wiki)

Bit Name Description
Pr Present 1 selector 现在不可用， 0 可用.
Privl Privilege Level 3Bits特权级别标识.
Ex Executable 1 表示内存是代码区， 0表示是数据区.
DC(code) Direction 1 表示代码从低优先级开始执行 代码段有效.
DC(data) Conforming 1 端从下向上增加。 0 端从上向下增加.
RW(code) Readable 1 允许读，永远不允许写入
RW(data) Readable 1 允许写入，永远都能读
Ac Accessed CPU使用此端的时候设置为1， 初始化是0
Gr Granularity 0 表示Limit的单位Byte, 1 limit单位是4096Bytes
Sz Size 0 表示 16-bit 保护模式， 1 表示32位保护模式 
.macro SEG_DESC Base, Limit, Attr
    .2byte (\Limit & 0xFFFF)
    .2byte (\Base & 0xFFFF)
    .byte  ((\Base >> 16) & 0xFF)
    .2byte ((\Attr & 0xF0FF) | ((\Limit >> 8) & 0x0F00))
    .byte  ((\Base >> 24) & 0xFF)
.endm

......

gdt:
    GDT_DESC_NULL: SEG_DESC 0, 0, 0
    GDT_DESC_C32: SEG_DESC 0, (c32len - 1), (0x9A | 0x4000)
    GDT_DESC_VIDEO: SEG_DESC     0xB8000, 0xFFFF, (0x92)

定义一段宏帮助设定描述。gdt是自定义的全局描述表。

selector

TI： 1表示此descriptor是ldt

blog comments powered by Disqus

Published

2015-12-18

Categories


Tags