操作系統--局部段描述符表的使用

發布時間：2020-07-22 06:24:47 來源：網絡閱讀：298 作者：淡淡_小孩欄目：系統運維

Q:什么是LDT
A.局部段描述符表
1.本質是一個段描述符表，用于定義段描述符
2.與GDT類似，可以看作"段描述符的數組"
3.通過定義選擇子訪問局部描述符表中的元素
局部段描述符選擇子
操作系統--局部段描述符表的使用
局部段描述符表

需要注意的是
1.局部段描述符表需要在全局段描述符表中注冊(增加描述符)
2.通過對應的選擇子加載局部段描述符(lldt)
3.局部段描述符從第0項開始使用
在這里會出現一個問題-LDT具體用來干什么？同時為什么還需要一個"額外的"段描述符？
LDT的意義主要體現在兩個方面：代碼層次的意義-分級管理功能相同意義不同的段(多個代碼段)；系統層次的意義-實現多任務的基礎要素(每個任務對應一系列不同的段)
B.LDT的定義與使用
1.定義獨立功能相關的段(代碼段，數據段，棧段)
2.將目標段描述符組成局部段描述表(LDT)
3.為各個段描述符定義選擇子(SA_TIL)
4.在GDT中定義LDT的段描述符，并定義選擇子
C.LDT的定義與使用
操作系統--局部段描述符表的使用
代碼實現-要在inc.asm中對DA_LDT equ 0x82進行定義要不然會在運行時出現錯誤

%include "inc.asm"

org 0x9000

jmp ENTRY_SEGMENT

[section .gdt]
; GDT definition
;                                 段基址，       段界限，       段屬性
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,                段屬性
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 PrintString

    jmp $

; ds:ebp    --> string address
; bx        --> attribute
; dx        --> dh : row, dl : col

TaskACode32SegLen   equ  $ - TASK_A_CODE32_SEGMENT

運行結果
該處的運行結果
操作系統--局部段描述符表的使用
從運行結果可以得知并沒有打印出自定義的字符串，還是打印之前的結果，同時發現還存在一個錯誤，就是CPU進行了重置，但是取消掉call PrintString 這個操作，會發現存在的錯誤消失了，這個函數是保護模式下的函數在這里調用出現錯誤的原因是屬于其它段的，不屬于現在的段，代碼段發生了跳轉，選擇子不一樣了。可以進行改進的是將之前的打印函數復制粘貼一份到現在的段中，需要注意的是要將名字進行修改，不然會出現錯誤
改正后的代碼，注意jmp Code16Selector : 0命令會返回實模式打印Hello World及打印結果
操作系統--局部段描述符表的使用

D.多任務程序設計的實現思路

從這張圖可以聯想出-在保護模式下的不同段之間如何進行代碼復用？
小結
1.局部段描述符表用于組織功能相關的段
2.局部段描述符表需要加載后才能正常使用
3.局部段描述符表必須在全局段描述符表中注冊
4.通過局部段描述符表的選擇子對其進行訪問
5.局部段描述符表是實現多任務的基礎