GDT和LDT的区别与联系

  • 每个程序都有自己的LDT,但是同一台计算机上的所有程序共享一个GDT。LDT描述局部于每个程序的段,包括其代码、数据、堆栈等。GDT描述系统段,包括操作系统本身。

全局描述符表GDT(Global Descriptor Table)

在整个系统中,全局描述符表GDT只有一张(一个处理器对应一个GDT),GDT可以被放在内存的任何位置,但CPU必须知道GDT的入口,也就是基地址放在哪里,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就根据此寄存器中的内容作为GDT的入口来访问GDT了。GDTR中存放的是GDT在内存中的基地址和其表长界限。

段选择子(Selector)

由GDTR访问全局描述符表是通过“段选择子”(实模式下的段寄存器)来完成的。为了访问一个段,一个Pentium程序必须把这个段的选择子装入机器的6 个段寄存器的某一个中。在运行过程中,CS寄存器保存代码段的选择子,DS寄存器保存数据段的选择子。每个选择子是一个16位数。

选择子中的一位指出这个段是局部的还是全局的(它是在LDT中还是在GDT中),其他的13位索引是LDT或GDT的表项编号,表示所需要的段的描述符在 描述符表的位置,由这个位置再根据在GDTR中存储的描述符表基址就可以找到相应的描述符,然后用描述符表中的段基址加上逻辑地址 (SEL:OFFSET)的OFFSET就可以转换成线性地址。因此,这些表的长度被限制在最多容纳8K个段描述符。

段选择子中的TI值只有一位0或1,0代表选择子是在GDT选择,1代表选择子是在LDT选择。请求特权级(RPL)则代表选择子的特权级,共有4 个特权级(0级、1级、2级、3级)。任务中的每一个段都有一个特定的级别。每当一个程序试图访问某一个段时,就将该程序所拥有的特权级与要访问的特权级 进行比较,以决定能否访问该段。系统约定,CPU只能访问同一特权级或级别较低特权级的段。

例如给出逻辑地址:21h:12345678h转换为线性地址
a. 选择子SEL=21h=0000000000100 0 01b 他代表的意思是:选择子的index=4即100b选择GDT中的第4个描述符;TI=0代表选择子是在GDT选择;左后的01b代表特权级RPL=1
b. OFFSET=12345678h若此时GDT第四个描述符中描述的段基址(Base)为11111111h,则线性地址=11111111h+12345678h=23456789h


LDT和GDT从本质上说是相同的,只是LDT嵌套在GDT之中。LDTR记录局部描述符表的起始位置,与GDTR不同LDTR的内容是一个段选择 子。由于LDT本身同样是一段内存,也是一个段,所以它也有个描述符描述它,这个描述符就存储在GDT中,对应这个表述符也会有一个选择子,LDTR装载 的就是这样一个选择子。LDTR可以在程序中随时改变,通过使用lldt指令。如上图,如果装载的是Selector 2则LDTR指向的是表LDT2。举个例子:如果我们想在表LDT2中选择第三个描述符所描述的段的地址12345678h。

  1. 首先需要装载LDTR使它指向LDT2 使用指令lldt将Select2装载到LDTR
  2. 通过逻辑地址(SEL:OFFSET)访问时SEL的index=3代表选择第三个描述符;TI=1代表选择子是在LDT选择,此时LDTR指向的是 LDT2,所以是在LDT2中选择,此时的SEL值为1Ch(二进制为11 1 00b)。OFFSET=12345678h。逻辑地址为1C:12345678h
  3. 由SEL选择出描述符,由描述符中的基址(Base)加上OFFSET可得到线性地址,例如基址是11111111h,则线性地址=11111111h+12345678h=23456789h
  4. 此时若再想访问LDT1中的第三个描述符,只要使用lldt指令将选择子Selector 1装入再执行2、3两步就可以了(因为此时LDTR又指向了LDT1)
    由于每个进程都有自己的一套程序段、数据段、堆栈段,有了局部描述符表则可以将每个进程的程序段、数据段、堆栈段封装在一起,只要改变LDTR就可以实现对不同进程的段进行访问。

分段管理可以把虚拟地址转换成线性地址,而分页管理可以进一步将线性地址转换成物理地址。当CR0中的PG位置1时,启动分页管理功能,为0时,这禁止启动分页管理功能,并且把线性地址作物理地址使用。

虚拟地址转为线性地址:

线性地址= 段基指 + 偏移地址

32位线性地址转为物理地址:
32位分为:
页目录索引:占最高10位,指示页目录表中第几个页表描述符
页表索引:占12位到21位,也是10位。指示这页表中第几个页描述符
页描述符:线性地址的低12位为页内偏移量。


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