GDT LDT IDT TSS

和一个段有关的信息需要8个字节来描述，所以称之为段描述符（Segment Descriptor），每个段都需要一个描述符。为了存放这些描述符，需要在内存中开辟出一段空间。在这段空间中，所有的描述符都是挨在一起的，集中存放的，这就构成了描述符表。

i386中，除了段描述符，还有一种描述符叫做“门描述符”，描述控制转移的入口点，也就是异常控制中断的入口点，通过这种门可以实现特权级的转变和任务的切换。

GDT & GDTR

GDT : Global Descriptor Table , 全局描述符表，用来存放全局的段描述符。

GDTR ： Global Descriptor Table Register， 用来保存全局描述符表（GDT）的起始地址。

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。

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  • 全局描述符表线性基地址：保存的是全局描述符表在内存中的起始线性地址；
  • 16位的全局描述符表边界：在数值上等于表的大小（总字节数）减一，16位决定了表最大65536字节（64KB），又因为每个描述符占8个字节，所以最多能有8192个描述符；

**段选择子（Selector）**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。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）。

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  • 描述符索引 ： 指示段描述符在GDT中的下标；
  • TI ： 描述符表指示器（Table Indicator）0表示此描述符在GDT中，1表示此描述符在LDT中；
  • RPL：请求特权级，表示给出当前选择子的那个程序的特权级；

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  • G ：粒度（Granularity）位，解释段界限的含义，0表示段界限以字节为单位；1表示段界限以4KB为单位；

  • S ： 类型（Descriptor Type）位，0表示是一个系统段；1表示是一个代码段或者数据段；

  • DPL : 表示描述符的特权级( Descriptor Privilege Level)。 对应CPU的0,1,2,3特权级，数字越小特权级越高；

  • P ： 段存在（Segment Present）位，描述此段是否在内存中，在为1，不在为0；

  • D/B：默认的操作数大小，如果代码段的D位为0，那么处理器在这个段上执行时，将使用16位指令指针寄存器IP来取指令，否则用32位的取指令；对于栈段，此位为B位，用于在进行隐式的栈操作时，是使用SP寄存器还是ESP寄存器，如果该位为0，使用SP,否则使用ESP；

  • L： 64位代码段标志，保留给64位系统使用，否则填0；

  • TYPE段共4位，用于指示描述符的子类型，X表示是否可执行。E表示数据段的扩展方向，E=0表示向上扩展，也就是向高地址方向扩展，即普通数据段；E=1表示向下扩展，即栈段；W=0表示不可写入；C=0表示非依从代码段，这样的代码段可以从与它特权级相同的代码段调用；C=1表示允许从低特权级的程序转移到该段执行。

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LDT & LDTR

为了有效地在任务之间实施隔离，处理器建议每个任务都应该具有自己的描述符表，称之为局部描述符表LDT（Local Descriptor Table），并且将属于自己的段放在LDT中。

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。

为了追踪和访问这些LDT，处理器使用了局部描述符表寄存器LDTR。在一个多任务系统中，会有很多任务在轮流执行，正在执行的那个任务，称为当前任务（Current Task）,因为LDTR只有一个，所以，它只指向当前任务的LDT。每当发生任务切换时，LDTR的内容会被更新。

IDT & IDTR

中断描述符表（Interrupt Descriptor Table, IDT）保存的是和中断过程有关的描述符，包括中断门、陷阱门和任务门，整个系统中只有一个IDT。

中断描述符表寄存器（Interrupt Descriptor Table Register,IDTR）保存着中断描述符表在内存中的线性基地址和界限。

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中断描述符表的每一行是一个门描述符。

门描述符：中断门(Interrupt Gate)，陷阱门（Trap Gate） 任务门(Task Gate)和调用门(Interrupt Gate)，其中中断门和陷阱门必须存放在IDT中，任务门和调用门可以存储在GDT\LDT和IDT中。除了任务门外其他三种门的结构基本相同， 中断门，陷阱门，调用门结构如下图所示。任务门结构在下一小节TSS&TR后边有贴图。

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中断i发生 ->确定与中断或异常关联的向量i-> 通过查询IDT的第i项目 -> 得到中断描述符（门）-> 得到段选择符 -> 查询GDT - >得到段描述符 -> 得到段的基地址 -> 段基地址加上中断描述符中的偏移地址 -> 得到中断服务程序的入口地址。 过程中或检查特权级，如果特权级发生了变化还会发生栈切换。

中断门和陷阱门的唯一区别在于，通过中断门进入中断服务程序时CPU会自动关闭中断，也就是将CPU中的EFLAGS寄存器的IF标志位清成0，即防止中断嵌套。而通过陷阱门进入服务程序时则维持IF标志位不变。

TSS & TR

任务状态段(Task State Segment : TSS）是一个专门用来保存任务运行现场的数据结构，其中包括CPU中所有与具体进程有关的寄存器的内容（包含页面目录指针CR3），还包括了三个堆栈指针。中断发生时，CPU在中断向量表中找到相应的表项。如果找到的表项是一个任务门，并且通过了优先级别的检查，CPU就会将当前任务的运行现场保存相应的TSS中，并将任务门所指向的TSS作为当前任务，将其内容装入CPU中各个寄存器，从而完成一次任务的切换。

任务寄存器TR用来指向当前任务的TSS。 TR寄存器在处理器中也是只有一个，当任务切换发生时，TR寄存器的内容会跟着指向新的任务的TSS。这个过程是这样的：首先，处理器将当前任务的现场信息保存到由TR寄存器指向的TSS, 然后，再使TR寄存器指向新的TSS，并从新任务的TSS中恢复现场。

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进入中断服务函数，或者发生任务切换时，栈也要发生切换，TSS中除了保存有常规的寄存器内容外，还有三个额外的堆栈指针（SS和ESP），这三个额外的堆栈指针分别用于当CPU在目标代码段中的运行级别为0,1,2时的栈。图中的SS0 ESP0 SS1 ESP1等就对应不同级别下的栈。

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DPL & CPL & RPL

DPL : Descriptor Privilege Level, 存放在段描述符中，用于表示段的特权级;

CPL : Current Privilege Level, 代表当前执行程序的特权级;

RPL : Request Privilege Level, 请求特权级，存放在段选择子中.

每个段描述符中都有一个DPL位段，即描述项优先级别位段。当CPU通过中断门找到一个代码段描述符，并进而转入相应的服务程序时，就把这个代码段描述项装入CPU中，而描述项的DPL就变成CPU的当前运行级别，即CPL。

而中断门也有一个DPL，当通过int指令进入一个中断服务程序时，在指令中给出一个中断向量，CPU先根据该中断向量找到中断门，将中断门的DPL和当前CPU的CPL进行对比，CPL必须小于等于DPL才能通过该中断门。穿过门后再对比CPU的CPL和段描述符的DPL。