LInux 描述符GDT, IDT & LDT结构定义

淩亂°似流年 2022-08-26 01:00 318阅读 0赞

说明：此博文是Kernel有关GDT，LDT以及LDT的相关源码剖析，而对有关GDT，LDT以及IDT的详细说明以及原理讲解都可以在Intel IA-32架构手册中查到！这里不再赘述，([手册地址)][Link 1]

### 1、描述符（64bits）分类[   ][Link 1] ###

![Center][]

### 2、三者的关系 ###

a、GDT，IDT都是全局的。LDT是局部的（在GDT中有它的描述符）

b、GDT用来存储描述符（门或非门）；系统中几个CPU,就有几个GDT

struct gdt_page {
        struct desc_struct gdt[GDT_ENTRIES];
    } __attribute__((aligned(PAGE_SIZE)));
    
    DECLARE_PER_CPU_PAGE_ALIGNED(struct gdt_page, gdt_page);

c、IDT整个系统只有一个

d、系统启动时候需要初始化GDT和IDT。LDT和进程相关，并不一定必有

![SouthEast][]

### 3、IA-32各种描述符的结构 ###

![SouthEast 1][]

![Center 1][]

![Center 2][]

### 4、描述符结构定义 ###

struct desc_struct {
        union {
            struct {
                unsigned int a;
                unsigned int b;
            };
            struct {
                u16 limit0;
                u16 base0;
                unsigned base1: 8, type: 4, s: 1, dpl: 2, p: 1;
                unsigned limit: 4, avl: 1, l: 1, d: 1, g: 1, base2: 8;
            };
        };  
    } __attribute__((packed));

联合体——对成员域访问和设置成为一种很优美的方法。上面第一个匿名结构体用来作为成员访问取值的出口，下面第二个结构体对真实的成员设置值的入口。

字段（结合上面的图示）：

limit：段长度

base:段的首字节的线性地址，有base0，base1,base2三部分构成

type：段的类型和存取权限

s：系统标志。1-系统段；0-普通段

dpl：描述符特权级

p：segment-Present。linux下总是1

avl:linux不用

d:区分代码段还是数据段

g:段大小粒度。以4K倍数计算

在32位机器上，这就是所有描述符的数据结构喽，没有细分门和非门！

typedef struct desc_struct gate_desc;
    typedef struct desc_struct ldt_desc;
    typedef struct desc_struct tss_desc;

由于三类描述符都是一个结构类型，从而一律使用下面宏初始化在GDT中表项

#define GDT_ENTRY_INIT(flags, base, limit) { { { \
            .a = ((limit) & 0xffff) | (((base) & 0xffff) << 16), \
            .b = (((base) & 0xff0000) >> 16) | (((flags) & 0xf0ff) << 8) | \
                ((limit) & 0xf0000) | ((base) & 0xff000000), \
        } } }

但是在64位机器上，Linux则进行了细致划分：

16字节门描述符结构

/* 16byte gate */
    struct gate_struct64 {
        u16 offset_low;
        u16 segment;
        unsigned ist : 3, zero0 : 5, type : 5, dpl : 2, p : 1;
        u16 offset_middle;
        u32 offset_high;
        u32 zero1;
    } __attribute__((packed));

16字节LDT或TSS描述符结构

/* LDT or TSS descriptor in the GDT. 16 bytes. */
    struct ldttss_desc64 {
        u16 limit0;
        u16 base0;
        unsigned base1 : 8, type : 5, dpl : 2, p : 1;
        unsigned limit1 : 4, zero0 : 3, g : 1, base2 : 8;
        u32 base3;
        u32 zero1;
    } __attribute__((packed));

typedef struct gate_struct64 gate_desc;
    typedef struct ldttss_desc64 ldt_desc;
    typedef struct ldttss_desc64 tss_desc;

从上面代码看出无论是32位还是64位机器上，都使用typedef重新定义，以提供给系统其他使用此描述符的部分一致的类型名

区分描述符的枚举量

enum {
        GATE_INTERRUPT = 0xE,
        GATE_TRAP = 0xF,
        GATE_CALL = 0xC,
        GATE_TASK = 0x5,
    };

enum {
        DESC_TSS = 0x9,
        DESC_LDT = 0x2,
        DESCTYPE_S = 0x10,  /* !system */
    };

系统GDT，IDT指针描述结构

struct desc_ptr {
        unsigned short size;
        unsigned long address;
    } __attribute__((packed)) ;

这个结构记录了系统的GDT或者IDT的大小以及在系统中的线性基地

Reference：

http://www.osdever.net/tutorials/pdf/descriptors.pdf。

[Link 1]: http://www.intel.com/content/www/us/en/processors/architectures-software-developer-manuals.html
[Center]: /images/20220824/9916eaa2991847898b64181a88959381.png
[SouthEast]: /images/20220824/b0a6d17de58e46ebb0b1aff5a786a33d.png
[SouthEast 1]: /images/20220824/e76f1a4fa8674d3ebcf1660d839923bf.png
[Center 1]: /images/20220824/c4e5f35ad6064efd8270c77578b5f2f2.png
[Center 2]: /images/20220824/5a32632f6a2141139ba2c34c19424ea2.png