《Orange's 一个操作系统的实现》学习笔记--LDT
LDT(Local Descriptor Table)它和GDT差不多，都是描述符表（Descriptor Table）区别仅仅在于全局（Global）和局部（Local）的不同。局部描述符表可以有若干张，每个任务可以有一张。
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。
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; pmtest3.asm
; 编译方法：nasm pmtest3.asm -o pmtest3.com
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;常量, 宏, 以及一些说明
DA_32 EQU 4000h ; 32 位段
DA_C EQU 98h ; 存在的只执行代码段属性值
DA_LDT EQU 82h ; 局部描述符表段类型值
DA_DRW EQU 92h ; 存在的可读写数据段属性值
DA_DRWA EQU 93h ; 存在的已访问可读写数据段类型值
ATCE32 EQU 4098h ;存在的只执行32代码段属性值
DA_DPL1 EQU 20h ; DPL = 1
SA_TIG EQU 0 ;将TI位置0
SA_TIL EQU 4 ;将TI位置1
;下面是宏定义
; 有三个参数：段界限,段基址,段属性其中宏定义中的%1代表参数1，%2代表参数2，%3代表参数3
%macro Descriptor 3
dw %2 & 0FFFFh ; 段界限1（参数2的低16位）
dw %1 & 0FFFFh ; 段基址1（参数1的低16位）
db (%1 >> 16) & 0FFh ; 段基址2（参数1的16-23位）
dw ((%2 >> 8) & 0F00h) | (%3 & 0F000h)| (%3 & 000FFh) ; 属性1（高4位） + 段界限2（高4位） + 属性2（低8位）
db (%1 >> 24) & 0FFh ; 段基址3（参数1的24-31位）
%endmacro ; 共 8 字节
;段界限共20位，段基地址30位，段属性共16位（含段界限高4位）
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 - $$ ;PMMessage起始地址偏移
PMMessage2: db "hello world!"
PMMessage2Len equ $ - PMMessage2
OffsetPMMessage2 equ PMMessage2 - $$
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 ;栈大小
TopOfStack equ $ - LABEL_STACK - 1 ;栈顶指针
; 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;如果不懂请看前面文章分析
mov [SPValueInRealMode], sp
; 初始化 16 位代码段描述符
mov ax, cs
movzx eax, ax ;零扩展指令
shl eax, 4 ;段值*16
add eax, LABEL_SEG_CODE16 ;段值*16+偏移=16位代码段基地址
mov word [LABEL_DESC_CODE16 + 2], ax ;基地址1
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 4], al ;基地址2
mov byte [LABEL_DESC_CODE16 + 7], ah ;基地址3
; 初始化 32 位代码段描述符
xor eax, eax
mov ax, cs
shl eax, 4 ;段值*16
add eax, LABEL_SEG_CODE32 ;段值*16+偏移=16位代码段基地址
mov word [LABEL_DESC_CODE32 + 2], ax ;基地址1
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 4], al ;基地址2
mov byte [LABEL_DESC_CODE32 + 7], ah ;基地址3
; 初始化数据段描述符
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4 ;段值*16
add eax, LABEL_DATA ;段值*16+偏移=16位代码段基地址
mov word [LABEL_DESC_DATA + 2], ax ;基地址1
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_DATA + 4], al ;基地址2
mov byte [LABEL_DESC_DATA + 7], ah ;基地址3
; 初始化堆栈段描述符
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4 ;段值*16
add eax, LABEL_STACK ;段值*16+偏移=16位代码段基地址
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 ;段值*16
add eax, LABEL_LDT ;段值*16+偏移=16位代码段基地址 (LDT表基地址)
mov word [LABEL_DESC_LDT + 2], ax ;基地址1
shr eax, 16
mov byte [LABEL_DESC_LDT + 4], al ;基地址2
mov byte [LABEL_DESC_LDT + 7], ah ;基地址3
; 初始化 LDT 中的描述符
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4 ;段值*16
add eax, LABEL_CODE_A ;段值*16+偏移=16位代码段基地址 （LDT表对应的代码段的基地址）
mov word [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 2], ax ;基地址1
shr eax, 16
mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 4], al ;基地址2
mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA + 7], ah ;基地址3
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4 ;段值*16
add eax, LABEL_CODE_B ;段值*16+偏移=16位代码段基地址 （LDT表对应的代码段的基地址）
mov word [LABEL_LDT_DESC_CODEB + 2], ax ;基地址1
shr eax, 16
mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEB + 4], al ;基地址2
mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEB + 7], ah ;基地址3
; 为加载 GDTR 作准备
xor eax, eax
mov ax, ds
shl eax, 4 ;基地址2
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 ;设置数据传输方向
.1:
lodsb ;从[ds:esi]中去一个字符送入al
test al, al ;判断是否到字符串末尾（以0结尾）
jz .2 ;是->跳转
mov [gs:edi], ax ;否->输入到显存
add edi, 2 ;指针加2（一个字符占两个字节）
jmp .1
.2: ; 显示完毕
call DispReturn ;换行
; Load LDT
mov ax, SelectorLDT
lldt ax ;加载LDT在GDT中的描述符
call SelectorLDTCodeB:0 ; 跳入局部任务
push SelectorLDTCodeA
xor eax,eax
push eax
retf ; 跳入局部任务
;jmp SelectorLDTCodeA:0
; ------------------------------------------------------------------------
DispReturn:
push eax
push ebx
mov eax, edi ;获取当前光标的显存偏移
mov bl, 160 ;每行80字符,每个字符占两个字节（字符ASCII码+字符属性）,所以一行共80*2=160个字节
div bl ;获取当前行数（在显存中行数从0开始编号的）
and eax, 0FFh ;取低8位（在当前页，否则有可能输出到其它页了，显示器不会显示的）
inc eax ;下一行
mov bl, 160
mul bl ;确定下一行开始的字节数
mov edi, eax ;更新edi寄存器
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 ;设置实模式下的数据段
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, ax
mov eax, cr0
and al, 11111110b;设置cr0的0位（PE位，PE=0准备进入实模式）
mov cr0, eax ;更新cr0
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
LABEL_LDT_DESC_CODEB: Descriptor 0, CodeBLen - 1, DA_C + DA_32 ; Code, 32 位
LDTLen equ $ - LABEL_LDT ;LDT表长度
; LDT 选择子
SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT + SA_TIL
SelectorLDTCodeB equ LABEL_LDT_DESC_CODEB - 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 12 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]
; CodeB (LDT, 32 位代码段)
[SECTION .lb]
ALIGN 32
[BITS 32]
LABEL_CODE_B:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)
mov ax,SelectorData;
mov ds,ax
mov esi,OffsetPMMessage2 ;mov esi,PMMessage2注意不能这样写
mov ecx,PMMessage2Len
mov edi, (80 * 11 + 0) * 2 ; 屏幕第 11 行, 第 0 列。
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
.loop mov al,[ds:esi]
mov [gs:edi], ax
add edi,2
inc esi
loop .loop
retf
CodeBLen equ $ - LABEL_CODE_B
; END of [SECTION .lb]在这里有两个局部任务，分别对应两个ldt表，一个局部任务是输出字符‘L’，一个任务是输出‘hello world!’,当然还有一个全局任务，输入字符‘In Protect Mode now.’程序先在实模式下初始化GDT,LDT表，设置相关寄存器，进入保护模式，输出一个字符串，然后加载局部描述表LDT，进入局部任务B,执行后返回，然后执行任务A,任务A完成后跳入16位代码段，设置相关寄存器值，回到实模式，结束回到DOS.
在进入保护模式前，我们需要初始化GDT，LDT表，因为在保护模式下需要根据相应段的表，找到代码或者数据的位置，当有局部任务时，GDT中应该包含LDT表存放的位置，这样当处理器在段描述符表中找到LDT描述表后发现是局部任务，这样就可以通过其记录的LDT表的位置，找到LDT表，然后在LDT表中找到相应的段描述符，如下图所示：
段描述符表=全局任务（GDT+LDT）GDTR寄存器中用于存放全局描述符表GDT的32位线性基地址和16位的表的长度值。LDTR寄存器中用于存放局部描述符表LDT的32位线性基地址和16位的表的长度值。通过系统指令，lgdt将GDT的线性基址和长度值加载到GDTR寄存器中，lldt将LDT的线性基址和长度值加载到LDTR寄存器中。
下面解释部分代码：
call SelectorLDTCodeB:0 ; 跳入局部任务LABEL_CODE_B:
mov ax, SelectorVideo
mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)
mov ax,SelectorData;
mov ds,ax
mov esi,OffsetPMMessage2 ;mov esi,PMMessage2注意不能这样写
mov ecx,PMMessage2Len
mov edi, (80 * 11 + 0) * 2 ; 屏幕第 11 行, 第 0 列。
mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
.loop mov al,[ds:esi]
mov [gs:edi], ax
add edi,2
inc esi
loop .loop
retf
mov esi,OffsetPMMessage2 ;mov esi,PMMessage2注意不能这样写任务B完成后通过retf返回（还原段选择子和偏移）。接下来准备进入任务A
push SelectorLDTCodeA
xor eax,eax
push eax
retf ; 跳入局部任务
;jmp SelectorLDTCodeA:0下面这段代码是在LDT表中"声明"任务A,B,分别指向相应代码段，然后设置相应选择子：
; 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
LABEL_LDT_DESC_CODEB: Descriptor 0, CodeBLen - 1, DA_C + DA_32 ; Code, 32 位
LDTLen equ $ - LABEL_LDT ;LDT表长度
; LDT 选择子
SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT + SA_TIL
SelectorLDTCodeB equ LABEL_LDT_DESC_CODEB - LABEL_LDT + SA_TIL
; END of [SECTION .ldt]