正文

解锁GDT编程奥秘：从入门到实战，揭秘系统级编程技巧

/0 浏览量
0329

引言

全局描述符表（Global Descriptor Table，GDT）是操作系统和硬件之间的重要接口，它用于描述内存中各种段的信息，包括代码段、数据段、堆栈段等。掌握GDT编程对于理解系统级编程至关重要。本文将带领读者从GDT的基础概念入手，逐步深入，最终达到实战应用的水平。

第一章：GDT基础知识

1.1 GDT的概念

GDT是x86架构中用于描述内存段信息的表格。在保护模式下，CPU通过GDT来管理内存段的访问权限和属性。

1.2 GDT的结构

GDT由多个描述符组成，每个描述符包含段的选择符、段基址、段界限、属性等信息。

1.3 GDT的加载与使用

在启动时，CPU会从GDT中加载初始描述符，并使用该描述符来访问内存。

第二章：GDT编程入门

2.1 GDT描述符的创建

创建GDT描述符需要了解其结构，并正确设置各个字段。

struct gdt_descriptor {
    uint16_t limit_low;
    uint16_t base_low;
    uint8_t base_mid;
    uint8_t access;
    uint8_t limit_high_flags;
    uint8_t base_high;
};

struct gdt_entry {
    struct gdt_descriptor desc;
    uint32_t padding;
};

void gdt_set_gate(int num, uint32_t base, uint32_t limit, uint8_t access, uint8_t gran) {
    gdt[num].desc.limit_low = limit & 0xFFFF;
    gdt[num].desc.base_low = base & 0xFFFF;
    gdt[num].desc.base_mid = (base >> 16) & 0xFF;
    gdt[num].desc.access = access;
    gdt[num].desc.limit_high_flags = ((limit >> 16) & 0x0F) | (gran << 4) | (access & 0xF0);
    gdt[num].desc.base_high = (base >> 24) & 0xFF;
}

2.2 GDT的初始化

初始化GDT需要创建描述符，并将GDT的地址加载到GDTR寄存器。

struct gdt_entry gdt[3], *gdt_ptr;

void gdt_init() {
    gdt_ptr = (struct gdt_entry *)(&gdt[0]);
    gdt_ptr->limit_low = sizeof(struct gdt_entry) - 1;
    gdt_ptr->base_low = (uint32_t)gdt_ptr;
    gdt_ptr->base_mid = 0;
    gdt_ptr->access = 0x9A; // 0x9A: 可执行的代码段
    gdt_ptr->limit_high_flags = 0xCF; // 0xCF: 32位代码段，Granularity = 1

    gdt_set_gate(1, 0, 0, 0x00, 0x00); // Null descriptor
    gdt_set_gate(2, 0, 0xFFFFFFFF, 0x9A, 0xCF); // Code segment
    gdt_load();
}

2.3 GDT的使用

在程序中，可以使用GDT来设置段的访问权限和属性。

void gdt_load() {
    struct gdt_pointer gdt_ptr;
    gdt_ptr.size = sizeof(struct gdt_entry) * 3;
    gdt_ptr.address = (uint32_t)gdt_ptr;
    asm volatile("lgdt (%0)" : : "r"(&gdt_ptr));
}

第三章：系统级编程实战

3.1 实战案例：创建一个用户模式进程

在系统级编程中，创建一个用户模式进程需要使用GDT来设置进程的代码段和数据段。

// 创建用户模式进程的代码段和数据段描述符
struct gdt_entry user_cs, user_ds;

void user_mode() {
    // ...
}

3.2 实战案例：内存保护

使用GDT来实现内存保护，防止程序访问非法内存。

void protect_memory() {
    // ...
}

第四章：总结与展望

通过本文的学习，读者应该对GDT编程有了深入的了解。掌握GDT编程对于系统级编程至关重要，希望读者能够将所学知识应用到实际项目中，为计算机系统的发展贡献力量。

参考资料

-- 展开阅读全文 --