如何理解全局段号记录表GDT和中断记录表IDT的作用及其初始化

GDT（全局描述符表）和IDT（中断描述符表）是操作系统中用于管理内存和中断的重要数据结构。

GDT是一个表，用于存储所有内存段的描述符，描述符包含了段的基地址、段的长度、访问权限等信息。在x86体系结构的保护模式下，所有的内存访问都必须通过段寄存器来实现。当CPU执行一条访存指令时，它会把段寄存器的值当做段描述符的索引，在GDT中找到对应的描述符，从而确定要访问的内存地址的范围和访问权限。因此，初始化GDT是操作系统启动时的必要步骤。

IDT是另一个表，用于存储所有中断和异常处理程序的描述符。当CPU收到一个中断请求或异常时，它会从IDT中找到对应的描述符，从而确定要执行的中断或异常处理程序的地址。因此，初始化IDT也是操作系统启动时的必要步骤。

GDT和IDT的初始化大致可以分为以下几个步骤：

1.创建并填充GDT和IDT的表项，每个表项对应一个内存段或中断处理程序。

2.创建并填充GDTR（GDT寄存器）和IDTR（IDT寄存器），这两个寄存器分别存储GDT和IDT表的地址和大小信息。

3.使用LGDT和LIDT指令将GDTR和IDTR的值加载到CPU中，从而告诉CPU如何寻找GDT和IDT表。

需要注意的是，为了保证安全性，GDT和IDT表通常被放置在内核态的固定位置，并且只有内核态的代码才能够修改它们。此外，为了简化实现，现代操作系统通常会使用一些预定义的GDT和IDT表项，而不是每次都手动填充表项。

相关问题

Linux系统 setup.s文件如何初始化 全局描述符表GDT 请给出源码并注释

首先，需要了解一下全局描述符表（Global Descriptor Table，GDT）是什么。GDT是在操作系统启动时由CPU初始化的一个数据结构，用于管理内存段的访问权限。操作系统可以通过修改GDT来控制内存的访问权限和保护。

在Linux系统中，GDT的初始化是在setup.s文件中完成的。下面是setup.s文件中初始化GDT的代码和注释：

/*
 * 初始化GDT
 */
init_gdt:
    lgdt    gdtr                    /* 加载GDT寄存器 */

    /* GDT表项0：空描述符 */
    gdt_null:
        .word   0, 0
        .byte   0, 0, 0, 0

    /* GDT表项1：内核代码段描述符 */
    gdt_code:
        .word   0xffff, 0            /* 段界限 */
        .byte   0, 0, 0x9a, 0xcf     /* 基地址为0，代码段可读可执行，DPL为0，系统段，粒度为4KB */
    
    /* GDT表项2：内核数据段描述符 */
    gdt_data:
        .word   0xffff, 0            /* 段界限 */
        .byte   0, 0, 0x92, 0xcf     /* 基地址为0，数据段可读可写，DPL为0，系统段，粒度为4KB */

    /* GDT表项3：用户代码段描述符 */
    gdt_user_code:
        .word   0xffff, 0            /* 段界限 */
        .byte   0, 0, 0x9a, 0xcf     /* 基地址为0，代码段可读可执行，DPL为3，用户段，粒度为4KB */

    /* GDT表项4：用户数据段描述符 */
    gdt_user_data:
        .word   0xffff, 0            /* 段界限 */
        .byte   0, 0, 0x92, 0xcf     /* 基地址为0，数据段可读可写，DPL为3，用户段，粒度为4KB */

    /* GDT表项5：TSS描述符 */
    gdt_tss:
        .word   0x67, 0              /* 段界限 */
        .byte   0, 0, 0x89, 0x40     /* 基地址为tss_entry，DPL为0，系统段，粒度为1B */
        .word   0                   /* tss_entry的低16位 */
        .byte   0                   /* tss_entry的第24位 */
        .byte   0x00                /* tss_entry的第32位 */
        .word   0                   /* tss_entry的高16位 */

    /* GDT表项6：LDT描述符 */
    gdt_ldt:
        .word   0, 0                /* 段界限 */
        .byte   0, 0, 0x82, 0x40     /* 基地址为ldt，DPL为0，系统段，粒度为1B */

    /* GDT表项7：TSS段 */
    gdt_tss_entry:
        .word   0, 0                /* 填充 */
        .word   0x10, 0             /* ss0 */
        .byte   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0     /* 填充 */

    /* GDT表项8：LDT段 */
    gdt_ldt_entry:
        .word   0, 0                /* 填充 */
        .byte   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0     /* 填充 */

    /* GDT表项9：TSS段 */
    gdt_tss2_entry:
        .word   0, 0                /* 填充 */
        .word   0x10, 0             /* ss0 */
        .byte   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0     /* 填充 */

    /* GDT表项10：LDT段 */
    gdt_ldt2_entry:
        .word   0, 0                /* 填充 */
        .byte   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0     /* 填充 */

    /* GDT表项11：TSS段 */
    gdt_tss3_entry:
        .word   0, 0                /* 填充 */
        .word   0x10, 0             /* ss0 */
        .byte   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0     /* 填充 */

    /* GDT表项12：LDT段 */
    gdt_ldt3_entry:
        .word   0, 0                /* 填充 */
        .byte   0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0     /* 填充 */

    .fill   16 * 8 - (. - init_gdt) /* 填充到16字节 */

    /* GDT表 */
    gdt:
        .word   16 * 8 - 1          /* GDT表长度 */
        .long   gdt                  /* GDT表地址 */

    /* GDT寄存器 */
    gdtr:
        .word   16 * 8 - 1          /* GDT表长度 */
        .long   gdt                  /* GDT表地址 */

上述代码中，首先使用`lgdt`指令将GDT表的长度和地址加载到GDT寄存器中。然后，定义了一些GDT表项，包括空描述符、内核代码段描述符、内核数据段描述符、用户代码段描述符、用户数据段描述符、TSS描述符和LDT描述符。其中，每个GDT表项包括段界限、基地址、段属性等信息。

最后，定义了一个GDT表数组`gdt`，将GDT表长度和地址存储在`gdtr`寄存器中，完成了GDT的初始化。

需要注意的是，上述代码只是一个简化的示例，实际的GDT表项可能更加复杂，具体的实现方式也可能因操作系统的不同而有所差异。

如何初始化gdt描述符使x64处理器进入ia-32e模式

要初始化GDT（全局描述符表）以使x64处理器进入IA-32e模式，可以按照以下步骤进行操作：

1. 创建一个GDT结构：在内存中分配一块内存区域，用于存储GDT的描述符。可以使用C语言的结构体来定义GDT的描述符，其中包含段基址、段界限、访问权限等信息。

2. 设置GDT的代码段描述符：根据IA-32e模式的要求，需要设置一个代码段描述符，用于指向代码段的基地址。在描述符中设置段基址为0，并指定段界限为4GB。同时，设置段属性为可执行、可读、非系统段。

3. 设置GDT的数据段描述符：同样需要设置一个数据段描述符，用于指向数据段的基地址。在描述符中设置段基址为0，并指定段界限为4GB。同时，设置段属性为可读、可写、非系统段。

4. 加载GDT：将GDT的基址和限制（大小）信息加载到GDTR寄存器中。GDTR寄存器是用于存储GDT的基址和限制的特殊寄存器。

5. 切换到IA-32e模式：通过设置控制寄存器CR0的一些标志位，将处理器切换到IA-32e模式。具体来说，需要将CR0寄存器的PE（保护模式）和PG（分页）标志位置为1。

以上是初始化GDT以使x64处理器进入IA-32e模式的基本步骤。在实际编程中，需要根据具体的操作系统和编程环境进行相应的调整和修改。