一个操作系统的实现(4)-认识LDT

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]