14 局部段描述符的使用
参考
https://www.cnblogs.com/wanmeishenghuo/tag/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F/
https://blog.51cto.com/13475106/category6.html
前面我们使用的都是全局段描述符表，现在我们来分析局部段描述符表的使用。
什么是LDT（Local Descriptor Table）？
局部段描述符表：
本质是一个段描述符表，用于定义段描述符
与GDT类似，可以看做“段描述符的数组”
通过定义选择子访问局部段描述符表中的元素
局部段描述符的选择子和全局描述符的选择子在结构上是完全一样的，3-15位为描述符索引值，LDT选择子的第二位恒为1，1-0位为RPL。
局部段描述符表就是一段内存，里面的每一项是一个局部段描述符（第0项也是有意义的），用于描述一段内存。
CPU中有一个专用寄存器专门指向局部段描述符表。（先定义一个常量 DA_LDT equ 0x82），在全局段描述符表中定义局部段描述符表的描述项时，需要用到属性，这个属性就是DA_LDT。
局部段描述符表的注意事项：
局部段描述符表需要在全局段描述符表中注册（增加描述项）
通过对应的选择子加载局部段描述符（lldt）
局部段描述符表从第0项开始使用（different from GDT）
LDT的意义：
代码层面的意义：
分级管理功能相同意义不同的段（如：多个代码段），全局段描述符表也是有界限的，如果分段过多，则全局段描述符表有可能不够用。而局部段描述符表不限制描述符的个数。引入这种分级管理描述符的机制，可以定义无数个段。
系统层面的意义：
实现多任务的基础要素（每个任务对应一系列不同的段）
LDT的定义与使用：
1、定义独立功能相关的段（代码段、数据段、栈段）
2、将目标段描述符组成局部段描述符表（LDT）
3、为各个段描述符定义选择子（SA_TIL）
4、在GDT中定义LDT的段描述符，并定义选择子
下面给出示例程序，演示局部段描述符的使用。
inc.asm更新如下：
; Segment Attribute
DA_32 equ 0x4000
DA_DR equ 0x90
DA_DRW equ 0x92
DA_DRWA equ 0x93
DA_C equ 0x98
DA_CR equ 0x9A
DA_CCO equ 0x9C
DA_CCOR equ 0x9E
; Special Attribute
DA_LDT equ 0x82
; Selector Attribute
SA_RPL0 equ 0
SA_RPL1 equ 1
SA_RPL2 equ 2
SA_RPL3 equ 3
SA_TIG equ 0
SA_TIL equ 4
; 描述符
; usage: Descriptor Base, Limit, Attr
; Base: dd
; Limit: dd (low 20 bits available)
; Attr: dw (lower 4 bits of higher byte are always 0)
%macro Descriptor 3 ; 段基址， 段界限， 段属性
dw %2 & 0xFFFF ; 段界限1
dw %1 & 0xFFFF ; 段基址1
db (%1 >> 16) & 0xFF ; 段基址2
dw ((%2 >> 8) & 0xF00) | (%3 & 0xF0FF) ; 属性1 + 段界限2 + 属性2
db (%1 >> 24) & 0xFF ; 段基址3
%endmacro ; 共 8 字节
我们增加了第12行的宏定义。
loader.asm的程序如下：
%include "inc.asm"
org 0x9000
jmp ENTRY_SEGMENT
[section .gdt]
; GDT definition
; 段基址， 段界限， 段属性
GDT_ENTRY : Descriptor 0, 0, 0
CODE32_DESC : Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32
VIDEO_DESC : Descriptor 0xB8000, 0x07FFF, DA_DRWA + DA_32
DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32
STACK32_DESC : Descriptor 0, TopOfStack32, DA_DRW + DA_32
CODE16_DESC : Descriptor 0, 0xFFFF, DA_C
UPDATE_DESC : Descriptor 0, 0xFFFF, DA_DRW
TASK_A_LDT_DESC : Descriptor 0, TaskALdtLen - 1, DA_LDT
; GDT end
GdtLen equ $ - GDT_ENTRY
GdtPtr:
dw GdtLen - 1
dd 0
; GDT Selector
Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
VideoSelector equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Code16Selector equ (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
UpdateSelector equ (0x0006 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
TaskALdtSelector equ (0x0007 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
; end of [section .gdt]
TopOfStack16 equ 0x7c00
[section .dat]
[bits 32]
DATA32_SEGMENT:
DTOS db "D.T.OS!", 0
DTOS_OFFSET equ DTOS - $$
HELLO_WORLD db "Hello World!", 0
HELLO_WORLD_OFFSET equ HELLO_WORLD - $$
Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT
[section .s16]
[bits 16]
ENTRY_SEGMENT:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, TopOfStack16
mov [BACK_TO_REAL_MODE + 3], ax
; initialize GDT for 32 bits code segment
mov esi, CODE32_SEGMENT
mov edi, CODE32_DESC
call InitDescItem
mov esi, DATA32_SEGMENT
mov edi, DATA32_DESC
call InitDescItem
mov esi, DATA32_SEGMENT
mov edi, STACK32_DESC
call InitDescItem
mov esi, CODE16_SEGMENT
mov edi, CODE16_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_LDT_ENTRY
mov edi, TASK_A_LDT_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_CODE32_SEGMENT
mov edi, TASK_A_CODE32_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_DATA32_SEGMENT
mov edi, TASK_A_DATA32_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_STACK32_SEGMENT
mov edi, TASK_A_STACK32_DESC
call InitDescItem
; initialize GDT pointer struct
mov eax, 0
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, GDT_ENTRY
mov dword [GdtPtr + 2], eax
; 1. load GDT
lgdt [GdtPtr]
; 2. close interrupt
cli
; 3. open A20
in al, 0x92
or al, 00000010b
out 0x92, al
; 4. enter protect mode
mov eax, cr0
or eax, 0x01
mov cr0, eax
; 5. jump to 32 bits code
jmp dword Code32Selector : 0
BACK_ENTRY_SEGMENT:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, TopOfStack16
in al, 0x92
and al, 11111101b
out 0x92, al
sti
mov bp, HELLO_WORLD
mov cx, 12
mov dx, 0
mov ax, 0x1301
mov bx, 0x0007
int 0x10
jmp $
; esi --> code segment label
; edi --> descriptor label
InitDescItem:
push eax
mov eax, 0
mov ax, cs
shl eax, 4
add eax, esi
mov word [edi + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [edi + 4], al
mov byte [edi + 7], ah
pop eax
ret
[section .16]
[bits 16]
CODE16_SEGMENT:
mov ax, UpdateSelector
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, ax
mov eax, cr0
and al, 11111110b
mov cr0, eax
BACK_TO_REAL_MODE:
jmp 0 : BACK_ENTRY_SEGMENT
Code16SegLen equ $ - CODE16_SEGMENT
[section .s32]
[bits 32]
CODE32_SEGMENT:
mov ax, VideoSelector
mov gs, ax
mov ax, Stack32Selector
mov ss, ax
mov eax, TopOfStack32
mov esp, eax
mov ax, Data32Selector
mov ds, ax
mov ebp, DTOS_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 12
mov dl, 33
call PrintString
mov ebp, HELLO_WORLD_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 13
mov dl, 30
call PrintString
mov ax, TaskALdtSelector
lldt ax
jmp TaskACode32Selector : 0
;jmp Code16Selector : 0
; ds:ebp --> string address
; bx --> attribute
; dx --> dh : row, dl : col
PrintString:
push ebp
push eax
push edi
push cx
push dx
print:
mov cl, [ds:ebp]
cmp cl, 0
je end
mov eax, 80
mul dh
add al, dl
shl eax, 1
mov edi, eax
mov ah, bl
mov al, cl
mov [gs:edi], ax
inc ebp
inc dl
jmp print
end:
pop dx
pop cx
pop edi
pop eax
pop ebp
ret
Code32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT
[section .gs]
[bits 32]
STACK32_SEGMENT:
times 1014 * 4 db 0
Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENT
TopOfStack32 equ Stack32SegLen - 1
; ==================================
;
; Task A Code Segment
;
;===================================
[section .task-a-ldt]
; Task A LDT definition
; 段基址 段界限 段属性
TASK_A_LDT_ENTRY:
TASK_A_CODE32_DESC : Descriptor 0, TaskACode32SegLen - 1, DA_C + DA_32
TASK_A_DATA32_DESC : Descriptor 0, TaskAData32SegLen - 1, DA_DR + DA_32
TASK_A_STACK32_DESC : Descriptor 0, TaskAStack32SegLen - 1, DA_DRW + DA_32
TaskALdtLen equ $ - TASK_A_LDT_ENTRY
; Task A LDT Selector
TaskACode32Selector equ (0x0000 << 3) + SA_TIL + SA_RPL0
TaskAData32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIL + SA_RPL0
TaskAStack32Selector equ (0x0002 << 3) + SA_TIL + SA_RPL0
[section .task-a-dat]
[bits 32]
TASK_A_DATA32_SEGMENT:
TASK_A_STRING db "This is Task A", 0
TASK_STRING_OFFSET equ TASK_A_STRING - $$
TaskAData32SegLen equ $ - TASK_A_DATA32_SEGMENT
[section .task-a-gs]
[bits 32]
TASK_A_STACK32_SEGMENT:
times 1024 db 0
TaskAStack32SegLen equ $ - TASK_A_STACK32_SEGMENT
TaskATopOfStack32 equ TaskAStack32SegLen - 1
[section .task-a-s32]
[bits 32]
TASK_A_CODE32_SEGMENT:
mov ax, VideoSelector
mov gs, ax
mov ax, TaskAStack32Selector
mov ss, ax
mov eax, TaskATopOfStack32
mov esp, eax
mov ax, TaskAData32Selector
mov ds, ax
jmp $
TaskACode32SegLen equ $ - TASK_A_CODE32_SEGMENT
从271行开始，我们定义了代表LDT段描述符表本身的段，定义了LDT下的代码段、数据段、栈段。在代码段中，我们加载了相应的段寄存器，最终程序停在原地。
在第17行为LDT段描述符表本身占用的内存增加了段描述符项，用来描述这段内存。
第35行增加了LDT段描述符表所在段的选择子。
218-221行，我们添加了三行程序，作用为加载LDT段描述符表，跳转到LDT段描述符表描述的代码段去执行。
执行结果如下：
我们在LDT描述的代码段中加入以下打印程序：
在324-329行加入了打印字符串的功能，这个PrintString函数是在全局段描述符表的代码段中定义的。
执行结果如下：
我们看到发生了CPU硬件复位。
因为PrintString函数不是属于LDT中的代码段的，我们直接调用它导致了越界，从而CPU复位。因为现在的选择子是LDT段描述符中的选择子，即使PrintString代表的偏移地址是相同的也会发生错误。
我们将打印相关的函数复制一份到LDT描述符下的代码段中，如下：
%include "inc.asm"
org 0x9000
jmp ENTRY_SEGMENT
[section .gdt]
; GDT definition
; 段基址， 段界限， 段属性
GDT_ENTRY : Descriptor 0, 0, 0
CODE32_DESC : Descriptor 0, Code32SegLen - 1, DA_C + DA_32
VIDEO_DESC : Descriptor 0xB8000, 0x07FFF, DA_DRWA + DA_32
DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32
STACK32_DESC : Descriptor 0, TopOfStack32, DA_DRW + DA_32
CODE16_DESC : Descriptor 0, 0xFFFF, DA_C
UPDATE_DESC : Descriptor 0, 0xFFFF, DA_DRW
TASK_A_LDT_DESC : Descriptor 0, TaskALdtLen - 1, DA_LDT
; GDT end
GdtLen equ $ - GDT_ENTRY
GdtPtr:
dw GdtLen - 1
dd 0
; GDT Selector
Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
VideoSelector equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
Code16Selector equ (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
UpdateSelector equ (0x0006 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
TaskALdtSelector equ (0x0007 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0
; end of [section .gdt]
TopOfStack16 equ 0x7c00
[section .dat]
[bits 32]
DATA32_SEGMENT:
DTOS db "D.T.OS!", 0
DTOS_OFFSET equ DTOS - $$
HELLO_WORLD db "Hello World!", 0
HELLO_WORLD_OFFSET equ HELLO_WORLD - $$
Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT
[section .s16]
[bits 16]
ENTRY_SEGMENT:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, TopOfStack16
mov [BACK_TO_REAL_MODE + 3], ax
; initialize GDT for 32 bits code segment
mov esi, CODE32_SEGMENT
mov edi, CODE32_DESC
call InitDescItem
mov esi, DATA32_SEGMENT
mov edi, DATA32_DESC
call InitDescItem
mov esi, STACK32_SEGMENT
mov edi, STACK32_DESC
call InitDescItem
mov esi, CODE16_SEGMENT
mov edi, CODE16_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_LDT_ENTRY
mov edi, TASK_A_LDT_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_CODE32_SEGMENT
mov edi, TASK_A_CODE32_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_DATA32_SEGMENT
mov edi, TASK_A_DATA32_DESC
call InitDescItem
mov esi, TASK_A_STACK32_SEGMENT
mov edi, TASK_A_STACK32_DESC
call InitDescItem
; initialize GDT pointer struct
mov eax, 0
mov ax, ds
shl eax, 4
add eax, GDT_ENTRY
mov dword [GdtPtr + 2], eax
; 1. load GDT
lgdt [GdtPtr]
; 2. close interrupt
cli
; 3. open A20
in al, 0x92
or al, 00000010b
out 0x92, al
; 4. enter protect mode
mov eax, cr0
or eax, 0x01
mov cr0, eax
; 5. jump to 32 bits code
jmp dword Code32Selector : 0
BACK_ENTRY_SEGMENT:
mov ax, cs
mov ds, ax
mov es, ax
mov ss, ax
mov sp, TopOfStack16
in al, 0x92
and al, 11111101b
out 0x92, al
sti
mov bp, HELLO_WORLD
mov cx, 12
mov dx, 0
mov ax, 0x1301
mov bx, 0x0007
int 0x10
jmp $
; esi --> code segment label
; edi --> descriptor label
InitDescItem:
push eax
mov eax, 0
mov ax, cs
shl eax, 4
add eax, esi
mov word [edi + 2], ax
shr eax, 16
mov byte [edi + 4], al
mov byte [edi + 7], ah
pop eax
ret
[section .s16]
[bits 16]
CODE16_SEGMENT:
mov ax, UpdateSelector
mov ds, ax
mov es, ax
mov fs, ax
mov gs, ax
mov ss, ax
mov eax, cr0
and al, 11111110b
mov cr0, eax
BACK_TO_REAL_MODE:
jmp 0 : BACK_ENTRY_SEGMENT
Code16SegLen equ $ - CODE16_SEGMENT
[section .s32]
[bits 32]
CODE32_SEGMENT:
mov ax, VideoSelector
mov gs, ax
mov ax, Stack32Selector
mov ss, ax
mov eax, TopOfStack32
mov esp, eax
mov ax, Data32Selector
mov ds, ax
mov ebp, DTOS_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 12
mov dl, 33
call PrintString
mov ebp, HELLO_WORLD_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 13
mov dl, 31
call PrintString
mov ax, TaskALdtSelector
lldt ax
jmp TaskACode32Selector : 0
; jmp Code16Selector : 0
; ds:ebp --> string address
; bx --> attribute
; dx --> dh : row, dl : col
PrintString:
push ebp
push eax
push edi
push cx
push dx
print:
mov cl, [ds:ebp]
cmp cl, 0
je end
mov eax, 80
mul dh
add al, dl
shl eax, 1
mov edi, eax
mov ah, bl
mov al, cl
mov [gs:edi], ax
inc ebp
inc dl
jmp print
end:
pop dx
pop cx
pop edi
pop eax
pop ebp
ret
Code32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT
[section .gs]
[bits 32]
STACK32_SEGMENT:
times 1024 * 4 db 0
Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENT
TopOfStack32 equ Stack32SegLen - 1
; ==========================================
;
; Task A Code Segment
;
; ==========================================
[section .task-a-ldt]
; Task A LDT definition
; 段基址, 段界限, 段属性
TASK_A_LDT_ENTRY:
TASK_A_CODE32_DESC : Descriptor 0, TaskACode32SegLen - 1, DA_C + DA_32
TASK_A_DATA32_DESC : Descriptor 0, TaskAData32SegLen - 1, DA_DR + DA_32
TASK_A_STACK32_DESC : Descriptor 0, TaskAStack32SegLen - 1, DA_DRW + DA_32
TaskALdtLen equ $ - TASK_A_LDT_ENTRY
; Task A LDT Selector
TaskACode32Selector equ (0x0000 << 3) + SA_TIL + SA_RPL0
TaskAData32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIL + SA_RPL0
TaskAStack32Selector equ (0x0002 << 3) + SA_TIL + SA_RPL0
[section .task-a-dat]
[bits 32]
TASK_A_DATA32_SEGMENT:
TASK_A_STRING db "This is Task A!", 0
TASK_A_STRING_OFFSET equ TASK_A_STRING - $$
TaskAData32SegLen equ $ - TASK_A_DATA32_SEGMENT
[section .task-a-gs]
[bits 32]
TASK_A_STACK32_SEGMENT:
times 1024 db 0
TaskAStack32SegLen equ $ - TASK_A_STACK32_SEGMENT
TaskATopOfStack32 equ TaskAStack32SegLen - 1
[section .task-a-s32]
[bits 32]
TASK_A_CODE32_SEGMENT:
mov ax, VideoSelector
mov gs, ax
mov ax, TaskAStack32Selector
mov ss, ax
mov eax, TaskATopOfStack32
mov esp, eax
mov ax, TaskAData32Selector
mov ds, ax
mov ebp, TASK_A_STRING_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 14
mov dl, 29
call TaskAPrintString
jmp Code16Selector : 0
; ds:ebp --> string address
; bx --> attribute
; dx --> dh : row, dl : col
TaskAPrintString:
push ebp
push eax
push edi
push cx
push dx
task_print:
mov cl, [ds:ebp]
cmp cl, 0
je task_end
mov eax, 80
mul dh
add al, dl
shl eax, 1
mov edi, eax
mov ah, bl
mov al, cl
mov [gs:edi], ax
inc ebp
inc dl
jmp task_print
task_end:
pop dx
pop cx
pop edi
pop eax
pop ebp
ret
TaskACode32SegLen equ $ - TASK_A_CODE32_SEGMENT
我们复制了打印函数，在第332行跳转到16位的保护模式，进一步跳转到16位实模式。
执行结果如下：
小结：
局部段描述符表用于组织功能相关的段
局部段描述符表需要加载后才能正常使用
局部段描述符表必须在全局段描述符表中注册
通过局部段描述符表的选择子对其进行访问
局部段描述符表时实现多任务的基础
posted on 2020-12-07 10:55 lh03061238 阅读(309) 评论(0) 收藏 举报
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