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5.9 GDT与IDT的初始化（harib02i）

来源：博客园

5.9 GDT与IDT的初始化（harib02i）

CPU用8字节来表示一个段的1.段的大小2.段的起始地址3.段的管理属性（禁止写入，禁止执行，系统专用）信息，但8字节（64位）远大于段寄存器（16位），故用段寄存器来存储段号，由于16位中的低三位不能用，故只有0~8191的区域，即8192个段，8192*8=68836字节（64kb），64kb的数据CPU无法储存，故存储在内存中，这64kb的数据即为GDT（global(segment) descriptor table）全局段号记录表，而为了使用GDT方便，便将GDT的首地址和有效设定个数存入GDTR（global(segment) descriptor table register）特殊寄存器中

  • GDT:global(segment) descriptor table全局段号记录表

  • 段寄存器：16位

  • IDT：interrupt descriptor table 中断记录表IDT记录了0~255的中断号码与调用函数的对应关系，其设定方法与GDT相似（也许是因为使用同样方法可以简化CPU电路）


    (资料图片)

注意：设定IDT(interrupt descriptor table)最好先于设定GDT(global(segment) descriptor table)，否则会比较麻烦

/*SEGMENT_DESCRIPTOR与GATE_DESCRIPTOR一样，均是以CPU的资料为基础，写成结构体的形式*/struct SEGMENT_DESCRIPTOR {//8字节=2*2字节+2*1字节+2*1字节short limit_low, base_low;//short类型占两字节char base_mid, access_right;char limit_high, base_high;};struct GATE_DESCRIPTOR {//8字节=2*2字节+2*1字节+1*2字节short offset_low, selector;//short类型占两字节char dw_count, access_right;short offset_high;};
void init_gdtidt(void){    /*表明要使用内存0x00270000~0x0027ffff的65535B设为GDT，原因是这一块内存未被使用*/struct SEGMENT_DESCRIPTOR *gdt = (struct SEGMENT_DESCRIPTOR *) 0x00270000;    /*表明要使用0x0026f800~0x00270000的2048B设为IDT，这也应证了“有256个中断号码，用8B表示每个中断对应的信息”*/struct GATE_DESCRIPTOR    *idt = (struct GATE_DESCRIPTOR    *) 0x0026f800;int i;/* global(segment) descriptor table  全局短号记录表*//* GDT初始化 */for (i = 0; i < 8192; i++) {/*此处要注意C语言进行指针的加法运算时，内部隐含着乘法运算*/set_segmdesc(gdt + i, 0, 0, 0);}    /*设定，段号为1的段，上限值为0xffffffff（即大小正好是4GB），地址是0，它表示的是CPU所能管理的全部内存本身。段的属性设为0x4092，它的含义我们留待明天再说*/set_segmdesc(gdt + 1, 0xffffffff, 0x00000000, 0x4092);    /*段号为2的段，它的大小是512KB，地址是0x280000。这正好是为bootpack.hrb而准备的。这个段可以执行bootpack.hrb。因为bootpack.hrb是以ORG 0为前提翻译成的机器语言。*/set_segmdesc(gdt + 2, 0x0007ffff, 0x00280000, 0x409a);load_gdtr(0xffff, 0x00270000);/*同下方的load_idtr(0x7ff, 0x0026f800);,C语言不能给GDTR赋值*//* interrupt descriptor table  中断记录表*//* IDT初始化 */for (i = 0; i < 256; i++) {set_gatedesc(idt + i, 0, 0, 0);}load_idtr(0x7ff, 0x0026f800);return;}
//上限（limit，指段的字节数-1），基址（base），访问权限void set_segmdesc(struct SEGMENT_DESCRIPTOR *sd, unsigned int limit, int base, int ar){if (limit > 0xfffff) {ar |= 0x8000; /* G_bit = 1 */limit /= 0x1000;}sd->limit_low    = limit & 0xffff;sd->base_low     = base & 0xffff;sd->base_mid     = (base >> 16) & 0xff;sd->access_right = ar & 0xff;sd->limit_high   = ((limit >> 16) & 0x0f) | ((ar >> 8) & 0xf0);sd->base_high    = (base >> 24) & 0xff;return;}
void set_gatedesc(struct GATE_DESCRIPTOR *gd, int offset, int selector, int ar){gd->offset_low   = offset & 0xffff;gd->selector     = selector;gd->dw_count     = (ar >> 8) & 0xff;gd->access_right = ar & 0xff;gd->offset_high  = (offset >> 16) & 0xffff;return;}

此处将6.4中的内容提前到此处

_load_gdtr:; void load_gdtr(int limit, int addr);MOVAX,[ESP+4]; limitMOV[ESP+6],AXLGDT[ESP+6];将从地址[ESP+6]起的6字节数据赋值给GDTR寄存器RET

_load_gdtr函数的功能是将段上限（limit）和地址值赋值给名为GDTR（global(segment) descriptor table register）的48 位寄存器。注意：GDTR不能用正常的MOV指令进行赋值，只能使用LGDT指令

关于GDTR寄存器，其低16位（即内存的最初2个字节）是段上限（即GDT 的有效字节数 - 1），剩下的高32位， 代表GDT的开始地址。

经过上图的变换，即可完成写入GDT的任务。

注意：从ESP到ESP+3的四字节空间应该是被函数_load_gdtr的什么属性占据了，查明资料后补充

struct SEGMENT_DESCRIPTOR {//8字节=2*2字节+2*1字节+2*1字节short limit_low, base_low;//short类型占两字节char base_mid, access_right;char limit_high, base_high;};

结构体中base分为low（2字节），mid（1字节），high（1字节） 3段，合起来刚好是32位。分三段是为了与80286时代的程序兼容，这样80286用的操作系统，可以不用修改就在386以后的CPU上运行了。

//上限（limit，指段的字节数-1），基址（base），访问权限void set_segmdesc(struct SEGMENT_DESCRIPTOR *sd, unsigned int limit, int base, int ar){if (limit > 0xfffff) {ar |= 0x8000; /* G_bit = 1 */limit /= 0x1000;}sd->limit_low    = limit & 0xffff;sd->base_low     = base & 0xffff;sd->base_mid     = (base >> 16) & 0xff;sd->access_right = ar & 0xff;sd->limit_high   = ((limit >> 16) & 0x0f) | ((ar >> 8) & 0xf0);sd->base_high    = (base >> 24) & 0xff;return;}

也正因为是三段，所以以上set_segmdesc函数中需要使用移位运算符和AND运算符来填入数据

由于段上限最大是4GB，即一个32位（4字节）数值，所以段大小占4字节，基址（base 起始地址）再占4字节，则段的管理属性没地方保存。若想保存段的管理属性，则段的大小只能使用20位，则可以使用的段上限缩小为1MB。故因特尔的解决办法是给段增加一个属性——Gbit,该标志位为1时，将limit的单位解释为页（4KB），1M*4KB=4GB,则不会产生浪费。因此20位的段上限写到limit_low(2字节)和limit_high(1字节)的低四位中，limit_high(1字节)的高四位写入段属性（还有一部分在access_right）。

access_right或ar的高4位（即limit_high(1字节)的高四位）被称为“扩展访问权”，因为它在80286时代不存在，386后才可以用。这四位由“GD00”构成，G为上文中的Gbit标志位，D为段的模式（1是指32位模式，0是指16位模式），这里的16位模式主要只用于运行 80286的程序，不能用于调用BIOS。所以，除了运行80286程序以外， 通常都使用D=1的模式。

access_right或ar的低4位在80286时代就已经有了，下面简单介绍以下

00000000（0x00）：未使用的记录表（descriptor table）。10010010（0x92）：系统专用，可读写的段。不可执行。10011010（0x9a）：系统专用，可执行的段。可读不可写。11110010（0xf2）：应用程序用，可读写的段。不可执行。11111010（0xfa）：应用程序用，可执行的段。可读不可写。

32位模式下，CPU有系统模式（也称为“ring0”）和应用模式（也称为“ring3”）

举例：在应用模式下不允许执行LGDT指令（从指定的地址读取6个字节（48位），然后赋值给GDTR），一旦可以执行LGDT便可以修改GDTR，从而对GDT进行修改

struct SEGMENT_DESCRIPTOR {//8字节=2*2字节+2*1字节+2*1字节short limit_low, base_low;//short类型占两字节char base_mid, access_right;char limit_high, base_high;};

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