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来源:互联网 发布:淘宝怎么申请 编辑:程序博客网 时间:2024/06/02 19:44

段xxxx:偏移yyyyyyyy   
 首先,xxxx是无法表示段的基址的,对于这个地址,首先要看xxxx的TI位是否为0(即xxxx的第二位),如果是,则从GDTR中获取GDT的基址,然后在GDT中以段选择器xxxx的高12位得出索引,根据索引偏移找到相应的段描述符,段描述符包括段的基址,限长,优先级各种属性,这就得到了段的起始地址,加上yyyyyyyy即是要找的内存的线性地址zzzzzzzz。 如果TI位为1,则表示段描述符放在LDT中,第一步的操作还是从GDTR中获取GDT的基址,然后从LDTR寄存器获得索引(非XXXX的高十二位),注意,这时根据索引偏移得到得并不是段描述符,而是得到LDT段的位置,然后根据xxxx的高十二位从LDT段中获得段描述。再以这个段描述符信息得到段基址,再加上偏移yyyyyyyy得到要找的线性地址zzzzzzzz。可以写个简单的模拟程式来表示:  
  if( xxxx的第二位==1 ) //段描述符的位置在GDTR中  
  {  
  A1=(GDTR的前三十二位); //把GDTR的基址给A1  
  段描述符=A1+(xxxx的高12位); //可获得段描述符  
  线性地址 = 段描述符中的基址+yyyyyyyy;  
  }  
  else //TI位为0,表示在段描述符在LDT中  
  {  
  A1=(GDTR的前三十二位);  
  A2=A1+LDTR; //A2即是LDT描述符表的入口,注:LDTR是16位的 (自己注释:GDTR只有一张表,而且基地址(在内核中)确定的,任务切换时候,也不会改变!每个LDTR又是指向自己任务的,所以任务切换时候,只是改变LDTR寄存器中的内容(改变在GDT中的索引),找到另一个LDT段的描述符(包含了LDT的开始基地址和界限),然后加上段选择子的索引,找出地址中的位置!),还要要注意的是LDT表的基地址和界限是在LDT的高速缓存中,任务不切换的话,v高速缓存高速缓存的内容不会变!
  段描述符=A2+(xxxx的高十二位) //LDT描述符表入口加上偏移,即是相应的段描述符 自己注释:书上写的A2(应该是表示从LDT的开始基地址吧)LDT的基地址+索引才是局部描述符正确的位置  
  线性地址 = 段描述符中的基址+yyyyyyyy;  
  }

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在Protected Mode下,一个重要的必不可少的数据结构就是GDT(Global Descriptor Table)。 
为什么要有GDT?我们首先考虑一下在Real Mode下的编程模型: 
在Real Mode下,我们对一个内存地址的访问是通过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,我们可以看出,一个段具备两个因素:Base Address和Limit(段的最大长度),而对一个内存地址的访问,则是需要指出:使用哪个段?以及相对于这个段Base Address的Offset,这个Offset应该小于此段的Limit。当然对于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。我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——如果使用页模式,则是段页式;否则这是纯段模式。 
既然是这样,我们就先不去考虑页模式。对于段模式来讲,访问一个内存地址仍然使用Segment:Offset的方式,这是很自然的。由于 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允许将一个段的Base Address设为32-bit所能表示的任何值(Limit则可以被设为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(因为其低4-bit是通过左移运算得来的,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需要规定对自身的访问权限(Access)。所以,在Protected Mode下,对一个段的描述则包括3方面因素:[Base Address, Limit, Access],它们加在一起被放在一个64-bit长的数据结构中,被称为段描述符。这种情况下,如果我们直接通过一个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,但对于程序员来说,段积存器就是16-bit的),那么很明显,我们无法通过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作为下标索引来间接引用(事实上,是将段寄存器中的高13 -bit的内容作为索引)。这个全局的数组就是GDT。事实上,在GDT中存放的不仅仅是段描述符,还有其它描述符,它们都是64-bit长,我们随后再讨论。 
GDT可以被放在内存的任何位置,那么当程序员通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,所以 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之后,可以通过LGDT指令将GDT的入口地址装入此积存器,从此以后,CPU就根据此积存器中的内容作为GDT的入口来访问GDT了。 
GDT是Protected Mode所必须的数据结构,也是唯一的——不应该,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之外,IA-32还允许程序员构建与GDT类似的数据结构,它们被称作LDT(Local Descriptor Table),但与GDT不同的是,LDT在系统中可以存在多个,并且从LDT的名字可以得知,LDT不是全局可见的,它们只对引用它们的任务可见,每个任务最多可以拥有一个LDT。另外,每一个LDT自身作为一个段存在,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,因为在任何时刻只能有一个任务在运行,所以LDT寄存器全局也只需要有一个。如果一个任务拥有自身的LDT,那么当它需要引用自身的LDT时,它需要通过LLDT将其LDT的段描述符装入此寄存器。LLDT指令与LGDT指令不同的时,LGDT指令的操作数是一个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指令的操作数是一个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通过段积存器引用段的模式是一样的。

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GDT是全局描述附表,主要存放操作系统和各任务公用的描述符,如公用的数据和代码段描述符、各任务的TSS描述符和LDT描述符。(TSS是任务状态段,存放各个任务私有运行状态信息描述符)
LDT是局部描述符表,主要存放各个任务的私有描述符,如本任务的代码段描述符和数据段描述符等。
GDTR是一个长度为48bit的寄存器,内容为一个32位的基地址和一个16位的段限。其中32位的基址是指GDT在内存中的地址。
LDTR是局部描述符寄存器,由一个可见的16位寄存器(段选择子)和一个不可见的描述符寄存器组成(描述符寄存器实际上是一个不可见的高速缓冲区)。
这里加入我的理解:应为GDT中除了有段描述符之外还有LDT描述符,所以微处理器在GDT中寻址LDT时,也需要使用选择子,以保持与段描述符寻址的统一。
在这里还要引入一个段选择子的概念。段选择子是一个寄存器,高13位用来指示描述符在描述符表中的索引号,低两位是表示使用描述符的特权级别;另外一位(T1)是GDT和LDT的信号量,如果T1=0,则使用GDTR,如果T1=1,则使用LDTR。选择子将被装入段寄存器中。系统中的段寄存器共有六个:CS、SS、DS、ES、FS和GS。当选择子被装入段寄存器时,微处理器会自动将其对应的描述符装入描述符寄存器。
系统任务切换时,LDT切换,而GDT不切换(因为真个系统只有一个GDT),这时新任务的LDT描述符的选择子就被装入到LDTR中。

任务切换过程中,各个相关寄存器的变化?
当任务切换时,如果使用的是LDT,首先变化的是LDTR。段选择子被装入LDTR,同时LDT描述符自动被装入描述符寄存器。系统利用LDTR中的段选择子来定位LDT描述符在GDT中的位置。这里我不明白的是LDTR中的LDT描述符和GDT中的描述符是什么关系?为什么要这样做呢?自动装入到LDTR中的描述符到底是什么?从哪来?请高手指点!

为什么要有一个GDTR,并且GDTR的结构和LDTR不一样呢?
这主要是因为系统只有一个GDT,而GDT的描述符有不能存放在GDT中(LDT的描述符都存放在GDT中),所以就需要一个GDTR来指示GDT在内存中的位置。因为GDTR是直接指示内存地址,而LDTR主要指示LDT描述符在GDT中的位置和属性,所以GDTR和LDTR的结构也不同。

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