GDT（全局描述符表）和LDT（局部描述符表）————[GDT、LDT、GDTR、LDTR解析]

每个程序都有自己的LDT，但是同一台计算机上的所有程序共享一个GDT。

LDT描述局部于每个程序的段，包括其代码、数据、堆栈等。
GDT描述系统段，包括操作系统本身。

一、引入

保护模式[Protected Mode]下的段寄存器 由 16位的选择器与 64位的段描述符寄存器 构成

段描述符寄存器：存储段描述符
选择器：存储段描述符的索引

段寄存器构成形式

PS：原先实模式下的各个段寄存器作为保护模式下的段选择器，80486中有6个(即CS,SS,DS,ES,FS,GS)80位的段寄存器。由选择器CS对应表示的段仍为代码段，选择器SS对应表示的段仍为堆栈段。

二、GDT详解

先说明一下概念

（1）全局描述符表GDT（Global Descriptor Table）在整个系统中，全局描述符表GDT只有一张(一个处理器对应一个GDT)，GDT可以被放在内存的任何位置，但CPU必须知道GDT的入口，也就是基地址放在哪里，Intel的设计者门提供了一个寄存器GDTR用来存放GDT的入口地址，程序员将GDT设定在内存中某个位置之后，可以通过LGDT指令将GDT的入口地址装入此寄存器，从此以后，CPU就根据此寄存器中的内容作为GDT的入口来访问GDT了。GDTR中存放的是GDT在内存中的基地址和其表长界限。

基地址指定GDT表中字节0在线性地址空间中的地址，表长度指明GDT表的字节长度值。指令LGDT和SGDT分别用于加载和保存GDTR寄存器的内容。

GDTR寄存器

在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0xFFFF。在保护模式初始化过程中必须给GDTR加载一个新值。

（2）段选择子（Selector，即前述的选择器）由GDTR访问全局描述符表是通过“段选择子”（实模式下的段寄存器）来完成的[也就是对GDTR进行分割]。段选择子是一个16位的寄存器（同实模式下的段寄存器相同）

Selector

段选择子包括三部分：描述符索引（index）、TI、请求特权级（RPL）。

index（描述符索引）部分:表示所需要的段的描述符在描述符表的位置，index+GDTR中存储的描述符表基址(32位)就可以找到所需相应段的描述符[即段描述符寄存器，其中有段基址]。然后用相应段描述符表中的段基址加上逻辑地址（SEL:OFFSET）的OFFSET就可以转换成线性地址[得到具体所需变量的地址，用于重定位]，段选择子中的TI值只有一位0或1，0代表选择子是在GDT选择，1代表选择子是在LDT选择。[注：GDTR是全局描述符表寄存器，不是段描述符寄存器]
请求特权级（RPL）:代表选择子的特权级，共有4个特权级（0级、1级、2级、3级）。[2位二进制，标识4个特权级]

关于特权级的说明：任务中的每一个段都有一个特定的级别。每当一个程序试图访问某一个段时，就将该程序所拥有的特权级与要访问的特权级进行比较，以决定能否访问该段。系统约定，CPU只能访问同一特权级或级别较低特权级的段。

示例

例如给出逻辑地址：21H:12345678H转换为线性地址 [0021H为16位的段选择子，0021H=0000 0000 0010 0001B]

选择子SEL=21h=0000000000100 0 01B 他代表的意思是：选择子的index=4即100B,选择GDT中的第4个描述符；TI=0代表选择子是在GDT选择；最后的01B代表特权级RPL=1
OFFSET=12345678H，若此时GDT第四个描述符中描述的段基址（Base）为11111111H[通过GDTR中的32位基址+index得到GDT第四个描述符，由段描述符寄存器给出信息，其中有段基址11111111H]，则线性地址=11111111H+12345678H=23456789H

三、LDT详解

（1）局部描述符表LDT（Local Descriptor Table）：局部描述符表可以有若干张，每个任务可以有一张。我们可以这样理解GDT和LDT：GDT为一级描述符表，LDT为二级描述符表。

GDT包含系统使用的代码段、数据段、堆栈段和特殊数据段描述符，以及所有任务局部描述符表LDT的描述符。

LDT与GDT的关系

LDT和GDT从本质上说是相同的，只是LDT嵌套在GDT之中。LDTR记录局部描述符表的起始位置，与GDTR不同，LDTR的内容是一个段选择子。由于LDT本身同样是一段内存，也是一个段，所以它也有个描述符描述它，这个描述符就存储在GDT中，对应这个表述符也会有一个选择子[LDT表也是一个段，在GDT表中也有对应的选择子定位它，LDTR就装载了定位这个LDT的选择子]，LDTR装载的就是这样一个选择子。LDTR可以在程序中随时改变[通过使用LLDT指令]。如上图，如果装载的是Selector 2则LDTR指向的是表LDT2。

示例

举个例子：如果我们想在表LDT2中选择第三个描述符所描述的段的地址12345678h。

首先需要装载LDTR使它指向LDT2 使用指令LLDT将Select2装载到LDTR,此时LDTR指向的是LDT2.
在LDT2中，按照例子中的要求选择LDT2中的第三个描述符。则通过逻辑地址（SEL:OFFSET）访问时，可推测出SEL的index=3代表选择第三个描述符[即二进制的11B]；TI=1代表选择子是在LDT选择[1B]，,所以在LDT2中选择时，此时的SEL值为1CH(二进制为11 1 00B)。OFFSET=12345678h。得到逻辑地址为1C:12345678h
由SEL选择出段描述符，由段描述符中的基址（Base）加上OFFSET可得到线性地址，例如基址是11111111h，则线性地址=11111111h+12345678h=23456789H
此时若再想访问LDT1中的第三个描述符，只要使用LLDT指令将选择子Selector 1装入再执行2、3两步就可以了（因为此时LDTR又指向了LDT1）

由于每个进程都有自己的一套程序段、数据段、堆栈段，有了局部描述符表则可以将每个进程的程序段、数据段、堆栈段封装在一起，只要改变LDTR就可以实现对不同进程的段进行访问。[在LDT表中找到的该进程的段基址，就标识了该进程的各个段的位置。这个段基址放在段描述符寄存器里面]

当进行任务切换时，处理器会把新任务LDT的段选择符和段描述符自动地加载进LDTR中。在机器加电或处理器复位后，段选择符和基地址被默认地设置为0，而段长度被设置成0xFFFF。

四、实例

①访问GDT

GDT全局图

当TI=0时表示段描述符在GDT中，如上图所示：

先从GDTR寄存器中获得GDT基址。
然后再GDT中以段选择器[段选择子]高13位位置索引值得到段描述符。
段描述符符包含段的基址、限长、优先级等各种属性，这就得到了段的起始地址（基址），再以基址加上偏移地址yyyyyyyy才得到最后的线性地址[偏移地址就是CPU要访问变量的虚存地址]。

②访问LDT

段描述符在LDT中

当TI=1时表示段描述符在LDT中，如上图所示：

还是先从GDTR寄存器中获得GDT基址。
从LDTR寄存器[就是一个选择子，用于定位某进程的LDT表]中获取LDT所在段的位置索引(LDTR高13位)。
以这个位置索引在GDT中得到LDT段描述符从而得到该进程LDT段基址[得到内存中对应的LDT表位置]。
在LDT表中，根据CPU访问进程中某变量的逻辑地址[SEL:OFFSET]，用SEL段选择器高13位位置索引值从已选择出的LDT段中得到段描述符。
段描述符符包含段的基址、限长、优先级等各种属性，这就得到了段的起始地址（基址），再以基址加上偏移地址yyyyyyyy才得到变量最后的线性地址。

注意：访问GDT表中的系统段描述符时，根据系统变量逻辑地址中的SEL就能确定GDT表中的系统描述符位置。但是对于进程内的变量，在进程切换时，处理器会把新任务LDT的段选择符和段描述符自动地加载进LDTR中[LLDT指令->LDTR]。然后根据LDTR选择出GDT表中的LDT表，再由进程变量逻辑地址中的SEL，确定LDT表中的段描述符

五、扩展

除了GDTR、LDTR外还有IDTR和TR

（1）中断描述符表寄存器IDTR

与GDTR的作用类似，IDTR寄存器用于存放中断描述符表IDT的32位线性基地址和16位表长度值。指令LIDT和SIDT分别用于加载和保存IDTR寄存器的内容。在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0xFFFF。

（2）任务寄存器TR

TR用于寻址一个特殊的任务状态段（Task State Segment，TSS）。TSS中包含着当前执行任务的重要信息。

TR寄存器用于存放当前任务TSS段的16位段选择符、32位基地址、16位段长度和描述符属性值。它引用GDT表中的一个TSS类型的描述符。指令LTR和STR分别用于加载和保存TR寄存器的段选择符部分。当使用LTR指令把选择符加载进任务寄存器时，TSS描述符中的段基地址、段限长度以及描述符属性会被自动加载到任务寄存器中。当执行任务切换时，处理器会把新任务的TSS的段选择符和段描述符自动加载进任务寄存器TR中。