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看到这里,你应该已经很了解GDT了,如果还不了解GDT。请看这篇文章:一个操作系统的实现(2)-认识保护模式
,认识保护模式那篇文章的最后详细介绍了由16位寻址升级到32位寻址而引入的GDT
。
LDT(Local Descriptor Table):从名字上面就可以看出来它与GDT(Gobal Descriptor Table)的区别。GDT是全局描述符表,LDT是局部描述符表(相对于GDT)。
下面仍然是从代码的角度讲解什么是LDT。主要讲解在上一节的基础上增加的代码。在文章的最后会附上所有代码。为了描述LDT,在上一节的基础上添加了如下代码:
[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 位代码段. 由实模式跳入.
...
; Load LDT
mov ax,SelectorLDT
lldt ax
jmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任务
...
; LDT
[SECTION .ldt]
ALIGN 32
LABEL_LDT:
; 段基址 段界限 属性
LABEL_LDT_DESC_CODEA: Descriptor 0, CodeALen - 1, DA_C + DA_32;Code,32位
LDTLen equ $ - LABEL_LDT
; LDT 选择子
SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT + SA_TIL
; END of [SECTION .ldt]
; CodeA (LDT, 32 位代码段)
[SECTION .la]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_CODE_A:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)
mov edi, (80* 12 + 0) * 2 ; 屏幕第 10 行, 第 0 列。
mov ah, 0Ch ; 0000:黑底 1100: 红字
mov al, ‘L‘
mov [gs:edi], ax
; 准备经由16位代码段跳回实模式
jmp SelectorCode16:0
CodeALen equ $ - LABEL_CODE_A
; END of [SECTION .la]
现在来看上面的代码。
首先,
在GDT中增加了一个描述符
和描述符对应的选择子
。
然后,
增加了两个节,在上述代码的最后两段。分别是新的描述符表LDT
和代码段
,这个代码段的描述符在LDT中。用来演示LDT的如何使用。
接下来看16位代码段中的初始化代码,
这里的初始化代码对描述符进行初始化。包括两个部分,一个是初始化LDT在GDT中的描述符
,另一个是初始化LDT中的描述符
。
最后,在32位代码段中增加如下内容:
; Load LDT
mov ax,SelectorLDT
lldt ax
jmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任务
这里面有个lldt ax
。它与lgdt类似,lgdt用来将gdt的基址(32位)与界限(16位)加载到gdtr中。类似地,lldt是将ldt描述符的选择子
加载到ldtr中。
你看看上面的LDT的结构,与GDT结构是不是非常像。是的,LDT与GDT有两个最主要的差别,一个是上面所说LDT使用lldt加载的对象是选择子而GDT使用lgdt加载的对象是gdt的基地址和界限(通常用一个在内存中的结构体表示)。另外一个差别就是LDT的选择子TI位
与GDT的选择子的TI位不同。还记的TI吗?它是选择子结构中的一位。不记得的话看下面的选择子结构:
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,上一节课我也不清楚它用来干什么的。到这里再来解释它就很清晰了。
仔细观察上面LDT选择子与GDT选择子,你会发现:LDT的选择子比GDT的选择子多了一个SA_TIL
属性。在pm.inc
中找到它的定义如下:
SA_TIL EQU 4
结合上图可知,SA_TIL将选择子SelectorLDTCodeA
的TI位置为1。实际上,TI位便是用来区别GDT的选择子和LDT的选择子的关键所在。如果TI被置为1,系统将从局部描述符表LDT中读取描述符;如果TI位为0,系统将从全局描述符表GDT中读取描述符。
因此,当上面的代码运行到jmp SelectorLDTCodeA:0
处时,系统会从LDT中找到LABEL_LDT_DESC_CODEA
描述符,并跳转到相应的段中。
本例中LDT中的代码比较简单,只是在屏幕上输入一个字符L。
不难想象,在[SECTION .s32]中打印完“In Protect Mode now.”这个字符串后,一个红色的字符L将会出现。程序运行结果如下:
现在,你对LDT应该有了大致的了解了吧。简单来说,他是一种描述符表,与GDT差不多,只不过它的选择子的TI位必须置1.在运用它时,需要先用lldt指令加载ldtr,lldt的操作数是GDT中用来描述LDT的描述符。
上面的例子中的LDT只有一个代码段。随着以后的逐渐深入,我们还可以在其中增加更多的段,比如数据段、堆栈段等。通过,我们可以把一个单独的任务所用到的所有东西封装在LDT中,这种思想是多任务处理的一个雏形。
下面是完整代码:
; ==========================================
; pmtest3.asm
; 编译方法:nasm pmtest3.asm -o pmtest3.com
; ==========================================
%include "pm.inc" ; 常量, 宏, 以及一些说明
org 0100h
jmp LABEL_BEGIN
[SECTION .gdt]
; GDT
; 段基址, 段界限 , 属性
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 ; 非一致代码段, 32
LABEL_DESC_CODE16: Descriptor 0, 0ffffh, DA_C ; 非一致代码段, 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 ; 显存首地址
; GDT 结束
GdtLen equ $ - LABEL_GDT ; GDT长度
GdtPtr dw GdtLen - 1 ; GDT界限
dd 0 ; GDT基地址
; GDT 选择子
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] ; 数据段
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_DATA:
SPValueInRealMode dw 0
; 字符串
PMMessage: db "In Protect Mode now. ^-^", 0 ; 进入保护模式后显示此字符串
OffsetPMMessage equ PMMessage - $$
StrTest: db "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ", 0
OffsetStrTest equ StrTest - $$
DataLen equ $ - LABEL_DATA
; END of [SECTION .data1]
; 全局堆栈段
[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 位代码段描述符
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 位代码段描述符
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
; 初始化数据段描述符
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
; 初始化堆栈段描述符
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
; 为加载 GDTR 作准备
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
; 加载 GDTR
lgdt [GdtPtr]
; 关中断
cli
; 打开地址线A20
in al, 92h
or al, 00000010b
out 92h, al
; 准备切换到保护模式
mov eax, cr0
or eax, 1
mov cr0, eax
; 真正进入保护模式
jmp dword SelectorCode32:0;执行这一句会把 SelectorCode32 装入`cs`,并跳转到Code32Selector:0处
;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
LABEL_REAL_ENTRY: ; 从保护模式跳回到实模式就到了这里
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, [SPValueInRealMode]
in al, 92h ; ┓
and al, 11111101b ; ┣ 关闭 A20 地址线
out 92h, al ; ┛
sti ; 开中断
mov ax, 4c00h ; ┓
int 21h ; ┛回到 DOS
; END of [SECTION .s16]
[SECTION .s32]; 32 位代码段. 由实模式跳入.
[BITS 32]
LABEL_SEG_CODE32:
mov ax, SelectorData
mov ds, ax ; 数据段选择子
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子
mov ax, SelectorStack
mov ss, ax ; 堆栈段选择子
mov esp, TopOfStack
; 下面显示一个字符串
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
xor esi, esi
xor edi, edi
mov esi, OffsetPMMessage ; 源数据偏移
mov edi, (80 * 10 + 0) * 2 ; 目的数据偏移。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: ; 显示完毕
call DispReturn
; Load LDT
mov ax, SelectorLDT
lldt ax
jmp SelectorLDTCodeA:0 ; 跳入局部任务
; ------------------------------------------------------------------------
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 结束---------------------------------------------------------
SegCode32Len equ $ - LABEL_SEG_CODE32
; END of [SECTION .s32]
; 16 位代码段. 由 32 位代码段跳入, 跳出后到实模式
[SECTION .s16code]
ALIGN 32
[BITS 16]
LABEL_SEG_CODE16:
; 跳回实模式:
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 ; 段地址会在程序开始处被设置成正确的值
Code16Len equ $ - LABEL_SEG_CODE16
; END of [SECTION .s16code]
; LDT
[SECTION .ldt]
ALIGN 32
LABEL_LDT:
; 段基址 段界限 属性
LABEL_LDT_DESC_CODEA: Descriptor 0, CodeALen - 1, DA_C + DA_32 ; Code, 32 位
LDTLen equ $ - LABEL_LDT
; LDT 选择子
SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT + SA_TIL
; END of [SECTION .ldt]
; CodeA (LDT, 32 位代码段)
[SECTION .la]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_CODE_A:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)
mov edi, (80 * 12 + 0) * 2 ; 屏幕第 10 行, 第 0 列。
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
mov al, ‘L‘
mov [gs:edi], ax
; 准备经由16位代码段跳回实模式
jmp SelectorCode16:0
CodeALen equ $ - LABEL_CODE_A
; END of [SECTION .la]
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