How_to_Make_a_Computer_Operating_System_in_Chinese

第六章: GDT

多亏了GRUB, 你的内核不再是在实模式, 而是早已在保护模式, 这个模式使我们能够使用微处理器的所有的可能功能, 如虚拟内存管理、分页和安全的多任务.

什么是GDT?

GDT ("全局描述符表")是一种用于定义不同的内存区域--基地址、大小和访问权限, 例如执行,写--的数据结构。这些内存区域被称为“段”.

我们将使用GDT来定义不同的内存段:

• "code":内核代码, 用于存储可执行二进制代码
• "data": 内核数据
• "stack": 内核栈, 用于存储内核执行过程中的调用栈
• "ucode": 用户代码, 用于存储用户程序的可执行二进制代码
• "udata": 用户程序数据
• "ustack": 用户栈, 用于存储用户态执行过程中的调用栈

怎样加载GDT?

GRUB初始化一个GDT, 但这GDT并不对应于我们的内核. GDT是被LGDT这条汇编指令加载的. 它期望GDT描述结构的位置为:

C结构是:

struct gdtr {
    u16 limite;
    u32 base;
} __attribute__ ((packed));

注意: “attribute((packed))“指令会通知gcc, 应该尽可能使用小端方式使用这个结构。如果没有这个指令, gcc将加进一些字节来优化内存对齐和期间执行的访问.

现在我们需要定义GDT表, 然后使用LGDT加载它. GDT表可以存储在内存中的任何位置, 只需使用GDTR寄存器将它的地址发送给进程即可.

GDT表由具有如下结构的段组成:

C结构如下:

struct gdtdesc {
    u16 lim0_15;
    u16 base0_15;
    u8 base16_23;
    u8 acces;
    u8 lim16_19:4;
    u8 other:4;
    u8 base24_31;
} __attribute__ ((packed));

怎样定义我们的GDT表?

现在我们需要在内存中定义我们的GDT, 并最终用GDTR寄存器将其加载.

我们将GDT存在如下地址:

#define GDTBASE    0x00000800

x86.cc中的函数init_gdt_desc初始化hi个gdt段描述符.

void init_gdt_desc(u32 base, u32 limite, u8 acces, u8 other, struct gdtdesc *desc)
{
    desc->lim0_15 = (limite & 0xffff);
    desc->base0_15 = (base & 0xffff);
    desc->base16_23 = (base & 0xff0000) >> 16;
    desc->acces = acces;
    desc->lim16_19 = (limite & 0xf0000) >> 16;
    desc->other = (other & 0xf);
    desc->base24_31 = (base & 0xff000000) >> 24;
    return;
}

函数init_gdt 初始化GDT, 下面函数的一些部分将在后面解释, 并用于多任务.

void init_gdt(void)
{
    default_tss.debug_flag = 0x00;
    default_tss.io_map = 0x00;
    default_tss.esp0 = 0x1FFF0;
    default_tss.ss0 = 0x18;

    /* initialize gdt segments */
    init_gdt_desc(0x0, 0x0, 0x0, 0x0, &kgdt[0]);
    init_gdt_desc(0x0, 0xFFFFF, 0x9B, 0x0D, &kgdt[1]);    /* code */
    init_gdt_desc(0x0, 0xFFFFF, 0x93, 0x0D, &kgdt[2]);    /* data */
    init_gdt_desc(0x0, 0x0, 0x97, 0x0D, &kgdt[3]);        /* stack */

    init_gdt_desc(0x0, 0xFFFFF, 0xFF, 0x0D, &kgdt[4]);    /* ucode */
    init_gdt_desc(0x0, 0xFFFFF, 0xF3, 0x0D, &kgdt[5]);    /* udata */
    init_gdt_desc(0x0, 0x0, 0xF7, 0x0D, &kgdt[6]);        /* ustack */

    init_gdt_desc((u32) & default_tss, 0x67, 0xE9, 0x00, &kgdt[7]);    /* descripteur de tss */

    /* initialize the gdtr structure */
    kgdtr.limite = GDTSIZE * 8;
    kgdtr.base = GDTBASE;

    /* copy the gdtr to its memory area */
    memcpy((char *) kgdtr.base, (char *) kgdt, kgdtr.limite);

    /* load the gdtr registry */
    asm("lgdtl (kgdtr)");

    /* initiliaz the segments */
    asm("   movw $0x10, %ax    \n \
            movw %ax, %ds    \n \
            movw %ax, %es    \n \
            movw %ax, %fs    \n \
            movw %ax, %gs    \n \
            ljmp $0x08, $next    \n \
            next:        \n");
}