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]
时间： 2024-10-28 21:15:46

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