全局描述符表GDT (Global Descriptor Table)

全局描述符表（Global Descriptor Table, GDT）是x86架构计算机系统中的一个重要的数据结构，它在保护模式下发挥作用，用于描述内存段的特性和属性。GDT通过提供一种机制来管理内存访问权限和段的大小，增强了操作系统的内存管理和程序的安全性。

GDT的基本结构

GDT是一个存放在内存中的数据结构，由一系列的描述符（Descriptor）组成，每个描述符占8个字节（64位），用来描述一个内存段的起始地址、大小以及访问权限等信息。GDT至少包含三个基本段描述符：代码段描述符、数据段描述符和一个空描述符，但根据需要可以包含更多描述符。

每个段描述符主要包含以下关键信息：

基地址(Base Address)：指明段的起始物理地址。
限长(Limit)：定义了段的最大长度。
访问权限(Access Rights)：控制段的访问权限，包括是否可读、可写、可执行以及不同级别的特权级（Ring 0到Ring 3）等。

GDT的作用

内存保护：通过设置访问权限，GDT可以防止程序访问不属于它的内存区域或以错误的方式（如尝试写入只读段）访问内存，从而提高了系统的稳定性与安全性。
特权级别管理：操作系统可以根据不同的任务或程序赋予不同的特权级别，限制低级别程序对某些敏感资源的访问，比如硬件直接访问或修改内核数据。
段管理：允许程序使用更大的地址空间或多个独立的地址空间，每个段可以有不同的属性，便于管理和优化内存使用。

实现机制

在x86架构中，CPU通过GDTR（Global Descriptor Table Register）寄存器来访问GDT。GDTR寄存器存储了GDT的基地址和限长。当处理器需要访问某个内存段时，会根据当前段选择子（Segment Selector，一个16位的值，在段寄存器中存放）从GDT中查找对应的段描述符，然后根据描述符的内容设置段的访问权限和地址翻译参数。

设置和使用GDT

在操作系统初始化时，会构建GDT并加载到内存中，然后通过LGDT指令（Load Global Descriptor Table）将GDT的地址和大小载入GDTR寄存器。之后，通过段选择子和段寄存器的组合，程序可以在保护模式下访问内存。

总的来说，全局描述符表是x86架构保护模式下内存管理和权限控制的关键组件，对于现代操作系统的稳定运行和安全性至关重要。

GDT 与 LDT

GDT是全局描述符表。LDT为局部描述符表，但Windows并没有使用它，故不再介绍，感兴趣请查询Intel白皮书。当我们执行类似MOV DS,AX指令时，CPU会查表，根据AX的值来决定查找GDT还是LDT，并找到对应的段描述符。段描述符将会在后面部分进行介绍。

GDT表存在于内存之中。CPU要想找到它，就必须知道它的位置。于是乎CPU有一个寄存器。它被称之为GDTR，存储了GDT表的位置和大小，是一个48位的寄存器，用C语言表示如下：

复制代码

struct GDTR
{
    DWORD GDTBase;    //GDT表的地址
    SHORT limit;      //GDT表的大小
}

我们如何通过WinDbg来获取GDT的地址、大小和GDT表里的成员呢？首先提一句，段描述符大小为64位。有关其操作见下图：

r指令为查看寄存器

r gdtr指令表示读取GDT表的地址；

r gdtl指令表示读取GDT表的大小；

dq 8003f000 l20指令表示从0x8003f000地址（即为GDT表的地址）读取0x20个64位数据，如果没有l20，默认0x10个。

这些都是以后常用的指令，需要熟练掌握。