看到這裡,你應該已經很了解GDT了,如果還不了解GDT。請看這篇文章:一個操作系統的實現(2)-認識保護模式,認識保護模式那篇文章的最後詳細介紹了由16位尋址升級到32位尋址而引入的GDT。
LDT(Local Descriptor Table):從名字上面就可以看出來它與GDT(Gobal Descriptor Table)的區別。GDT是全局描述符表,LDT是局部描述符表(相對於GDT)。
下面仍然是從代碼的角度講解什麼是LDT。主要講解在上一節的基礎上增加的代碼。在文章的最後會附上所有代碼。為了描述LDT,在上一節的基礎上添加了如下代碼:
[SECTION .gdt] ... LABEL_DESC_LDT: Descriptor 0, LDTLen - 1, DA_LDT ; LDT ... SelectorLDT equ LABEL_DESC_LDT -LABEL_GDT ... [SECTION .s16] ... ; 初始化 LDT 在 GDT 中的描述符 xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_LDT mov word [LABEL_DESC_LDT+2], ax eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_LDT+4], al mov byte [LABEL_DESC_LDT+7], ah ; 初始化 LDT 中的描述符 xor eax,eax mov ax,ds shl eax,4 add eax,LABEL_CODE_A mov word[LABEL_LDT_DESC_CODEA+2], ax shr eax,16 mov byte[LABEL_LDT_DESC_CODEA+4], al mov byte[LABEL_LDT_DESC_CODEA+7], ah ... [SECTION .s32]; 32 位代碼段. 由實模式跳入. ... ; Load LDT mov ax,SelectorLDT lldt ax jmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任務 ... ; LDT [SECTION .ldt] ALIGN 32 LABEL_LDT: ; 段基址 段界限 屬性 LABEL_LDT_DESC_CODEA: Descriptor 0, CodeALen - 1, DA_C + DA_32;Code,32位 LDTLen equ $ - LABEL_LDT ; LDT 選擇子 SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT + SA_TIL ; END of [SECTION .ldt] ; CodeA (LDT, 32 位代碼段) [SECTION .la] ALIGN 32 [BITS 32] LABEL_CODE_A: mov ax, SelectorVideo mov gs, ax ; 視頻段選擇子(目的) mov edi, (80* 12 + 0) * 2 ; 屏幕第 10 行, 第 0 列。 mov ah, 0Ch ; 0000:黑底 1100: 紅字 mov al, 'L' mov [gs:edi], ax ; 准備經由16位代碼段跳回實模式 jmp SelectorCode16:0 CodeALen equ $ - LABEL_CODE_A ; END of [SECTION .la]
現在來看上面的代碼。
首先,
在GDT中增加了一個描述符和描述符對應的選擇子。
然後,
增加了兩個節,在上述代碼的最後兩段。分別是新的描述符表LDT和代碼段,這個代碼段的描述符在LDT中。用來演示LDT的如何使用。
接下來看16位代碼段中的初始化代碼,
這裡的初始化代碼對描述符進行初始化。包括兩個部分,一個是初始化LDT在GDT中的描述符,另一個是初始化LDT中的描述符。
最後,在32位代碼段中增加如下內容:
; Load LDT mov ax,SelectorLDT lldt ax jmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任務
這裡面有個lldt ax。它與lgdt類似,lgdt用來將gdt的基址(32位)與界限(16位)加載到gdtr中。類似地,lldt是將ldt描述符的選擇子加載到ldtr中。
你看看上面的LDT的結構,與GDT結構是不是非常像。是的,LDT與GDT有兩個最主要的差別,一個是上面所說LDT使用lldt加載的對象是選擇子而GDT使用lgdt加載的對象是gdt的基地址和界限(通常用一個在內存中的結構體表示)。另外一個差別就是LDT的選擇子TI位與GDT的選擇子的TI位不同。還記的TI嗎?它是選擇子結構中的一位。不記得的話看下面的選擇子結構:
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 描述符索引 TI RPL
第2位是TI位,上一節課我也不清楚它用來干什麼的。到這裡再來解釋它就很清晰了。
仔細觀察上面LDT選擇子與GDT選擇子,你會發現:LDT的選擇子比GDT的選擇子多了一個SA_TIL屬性。在pm.inc中找到它的定義如下:
SA_TIL EQU 4
結合上圖可知,SA_TIL將選擇子SelectorLDTCodeA的TI位置為1。實際上,TI位便是用來區別GDT的選擇子和LDT的選擇子的關鍵所在。如果TI被置為1,系統將從局部描述符表LDT中讀取描述符;如果TI位為0,系統將從全局描述符表GDT中讀取描述符。
因此,當上面的代碼運行到jmp SelectorLDTCodeA:0處時,系統會從LDT中找到LABEL_LDT_DESC_CODEA描述符,並跳轉到相應的段中。
本例中LDT中的代碼比較簡單,只是在屏幕上輸入一個字符L。
不難想象,在[SECTION .s32]中打印完“In Protect Mode now.”這個字符串後,一個紅色的字符L將會出現。程序運行結果如下:
現在,你對LDT應該有了大致的了解了吧。簡單來說,他是一種描述符表,與GDT差不多,只不過它的選擇子的TI位必須置1.在運用它時,需要先用lldt指令加載ldtr,lldt的操作數是GDT中用來描述LDT的描述符。
上面的例子中的LDT只有一個代碼段。隨著以後的逐漸深入,我們還可以在其中增加更多的段,比如數據段、堆棧段等。通過,我們可以把一個單獨的任務所用到的所有東西封裝在LDT中,這種思想是多任務處理的一個雛形。
下面是完整代碼:
; ========================================== ; pmtest3.asm ; 編譯方法:nasm pmtest3.asm -o pmtest3.com ; ========================================== %include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些說明 org 0100h jmp LABEL_BEGIN [SECTION .gdt] ; GDT ; 段基址, 段界限 , 屬性 LABEL_GDT: Descriptor 0, 0, 0 ; 空描述符 LABEL_DESC_NORMAL: Descriptor 0, 0ffffh, DA_DRW ; Normal 描述符 LABEL_DESC_CODE32: Descriptor 0, SegCode32Len - 1, DA_C + DA_32 ; 非一致代碼段, 32 LABEL_DESC_CODE16: Descriptor 0, 0ffffh, DA_C ; 非一致代碼段, 16 LABEL_DESC_DATA: Descriptor 0, DataLen - 1, DA_DRW+DA_DPL1 ; Data LABEL_DESC_STACK: Descriptor 0, TopOfStack, DA_DRWA + DA_32; Stack, 32 位 LABEL_DESC_LDT: Descriptor 0, LDTLen - 1, DA_LDT ; LDT LABEL_DESC_VIDEO: Descriptor 0B8000h, 0ffffh, DA_DRW ; 顯存首地址 ; GDT 結束 GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT長度 GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限 dd 0 ; GDT基地址 ; GDT 選擇子 SelectorNormal equ LABEL_DESC_NORMAL - LABEL_GDT SelectorCode32 equ LABEL_DESC_CODE32 - LABEL_GDT SelectorCode16 equ LABEL_DESC_CODE16 - LABEL_GDT SelectorData equ LABEL_DESC_DATA - LABEL_GDT SelectorStack equ LABEL_DESC_STACK - LABEL_GDT SelectorLDT equ LABEL_DESC_LDT - LABEL_GDT SelectorVideo equ LABEL_DESC_VIDEO - LABEL_GDT ; END of [SECTION .gdt] [SECTION .data1] ; 數據段 ALIGN 32 [BITS 32] LABEL_DATA: SPValueInRealMode dw 0 ; 字符串 PMMessage: db "In Protect Mode now. ^-^", 0 ; 進入保護模式後顯示此字符串 OffsetPMMessage equ PMMessage - $$ StrTest: db "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0 OffsetStrTest equ StrTest - $$ DataLen equ $ - LABEL_DATA ; END of [SECTION .data1] ; 全局堆棧段 [SECTION .gs] ALIGN 32 [BITS 32] LABEL_STACK: times 512 db 0 TopOfStack equ $ - LABEL_STACK - 1 ; END of [SECTION .gs] [SECTION .s16] [BITS 16] LABEL_BEGIN: mov ax, cs mov ds, ax mov es, ax mov ss, ax mov sp, 0100h mov [LABEL_GO_BACK_TO_REAL+3], ax mov [SPValueInRealMode], sp ; 初始化 16 位代碼段描述符 mov ax, cs movzx eax, ax shl eax, 4 add eax, LABEL_SEG_CODE16 mov word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah ; 初始化 32 位代碼段描述符 xor eax, eax mov ax, cs shl eax, 4 add eax, LABEL_SEG_CODE32 mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah ; 初始化數據段描述符 xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_DATA mov word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al mov byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah ; 初始化堆棧段描述符 xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_STACK mov word [LABEL_DESC_STACK + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_STACK + 4], al mov byte [LABEL_DESC_STACK + 7], ah ; 初始化 LDT 在 GDT 中的描述符 xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_LDT mov word [LABEL_DESC_LDT + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_DESC_LDT + 4], al mov byte [LABEL_DESC_LDT + 7], ah ; 初始化 LDT 中的描述符 xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_CODE_A mov word [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 2], ax shr eax, 16 mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 4], al mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 7], ah ; 為加載 GDTR 作准備 xor eax, eax mov ax, ds shl eax, 4 add eax, LABEL_GDT ; eax <- gdt 基地址 mov dword [GdtPtr + 2], eax ; [GdtPtr + 2] <- gdt 基地址 ; 加載 GDTR lgdt [GdtPtr] ; 關中斷 cli ; 打開地址線A20 in al, 92h or al, 00000010b out 92h, al ; 准備切換到保護模式 mov eax, cr0 or eax, 1 mov cr0, eax ; 真正進入保護模式 jmp dword SelectorCode32:0;執行這一句會把 SelectorCode32 裝入`cs`,並跳轉到Code32Selector:0處 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; LABEL_REAL_ENTRY: ; 從保護模式跳回到實模式就到了這裡 mov ax, cs mov ds, ax mov es, ax mov ss, ax mov sp, [SPValueInRealMode] in al, 92h ; ┓ and al, 11111101b ; ┣ 關閉 A20 地址線 out 92h, al ; ┛ sti ; 開中斷 mov ax, 4c00h ; ┓ int 21h ; ┛回到 DOS ; END of [SECTION .s16] [SECTION .s32]; 32 位代碼段. 由實模式跳入. [BITS 32] LABEL_SEG_CODE32: mov ax, SelectorData mov ds, ax ; 數據段選擇子 mov ax, SelectorVideo mov gs, ax ; 視頻段選擇子 mov ax, SelectorStack mov ss, ax ; 堆棧段選擇子 mov esp, TopOfStack ; 下面顯示一個字符串 mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 紅字 xor esi, esi xor edi, edi mov esi, OffsetPMMessage ; 源數據偏移 mov edi, (80 * 10 + 0) * 2 ; 目的數據偏移。屏幕第 10 行, 第 0 列。 cld .1: lodsb test al, al jz .2 mov [gs:edi], ax add edi, 2 jmp .1 .2: ; 顯示完畢 call DispReturn ; Load LDT mov ax, SelectorLDT lldt ax jmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任務 ; ------------------------------------------------------------------------ DispReturn: push eax push ebx mov eax, edi mov bl, 160 div bl and eax, 0FFh inc eax mov bl, 160 mul bl mov edi, eax pop ebx pop eax ret ; DispReturn 結束--------------------------------------------------------- SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32 ; END of [SECTION .s32] ; 16 位代碼段. 由 32 位代碼段跳入, 跳出後到實模式 [SECTION .s16code] ALIGN 32 [BITS 16] LABEL_SEG_CODE16: ; 跳回實模式: mov ax, SelectorNormal mov ds, ax mov es, ax mov fs, ax mov gs, ax mov ss, ax mov eax, cr0 and al, 11111110b mov cr0, eax LABEL_GO_BACK_TO_REAL: jmp 0:LABEL_REAL_ENTRY ; 段地址會在程序開始處被設置成正確的值 Code16Len equ $ - LABEL_SEG_CODE16 ; END of [SECTION .s16code] ; LDT [SECTION .ldt] ALIGN 32 LABEL_LDT: ; 段基址 段界限 屬性 LABEL_LDT_DESC_CODEA: Descriptor 0, CodeALen - 1, DA_C + DA_32 ; Code, 32 位 LDTLen equ $ - LABEL_LDT ; LDT 選擇子 SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT + SA_TIL ; END of [SECTION .ldt] ; CodeA (LDT, 32 位代碼段) [SECTION .la] ALIGN 32 [BITS 32] LABEL_CODE_A: mov ax, SelectorVideo mov gs, ax ; 視頻段選擇子(目的) mov edi, (80 * 12 + 0) * 2 ; 屏幕第 10 行, 第 0 列。 mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 紅字 mov al, 'L' mov [gs:edi], ax ; 准備經由16位代碼段跳回實模式 jmp SelectorCode16:0 CodeALen equ $ - LABEL_CODE_A ; END of [SECTION .la]