為什麽要有GDT?我們首先考慮壹下在Real Mode下的編程模型:
在Real Mode下,我們對壹個內存地址的訪問是通過Segment:Offset的方式來進行的,其中Segment是壹個段的Base Address,壹個Segment的最大長度是64 KB,這是16-bit系統所能表示的最大長度。而Offset則是相對於此Segment Base Address的偏移量。Base Address+Offset就是壹個內存絕對地址。由此,我們可以看出,壹個段具備兩個因素:Base Address和Limit(段的最大長度),而對壹個內存地址的訪問,則是需要指出:使用哪個段?以及相對於這個段Base Address的Offset,這個Offset應該小於此段的Limit。當然對於16-bit系統,Limit不要指定,默認為最大長度64KB,而 16-bit的Offset也永遠不可能大於此Limit。我們在實際編程的時候,使用16-bit段寄存器CS(Code Segment),DS(Data Segment),SS(Stack Segment)來指定Segment,CPU將段積存器中的數值向左偏移4-bit,放到20-bit的地址線上就成為20-bit的Base Address。
到了Protected Mode,內存的管理模式分為兩種,段模式和頁模式,其中頁模式也是基於段模式的。也就是說,Protected Mode的內存管理模式事實上是:純段模式和段頁式。進壹步說,段模式是必不可少的,而頁模式則是可選的——如果使用頁模式,則是段頁式;否則這是純段模式。
既然是這樣,我們就先不去考慮頁模式。對於段模式來講,訪問壹個內存地址仍然使用Segment:Offset的方式,這是很自然的。由於 Protected Mode運行在32-bit系統上,那麽Segment的兩個因素:Base Address和Limit也都是32位的。IA-32允許將壹個段的Base Address設為32-bit所能表示的任何值(Limit則可以被設為32-bit所能表示的,以2^12為倍數的任何指),而不象Real Mode下,壹個段的Base Address只能是16的倍數(因為其低4-bit是通過左移運算得來的,只能為0,從而達到使用16-bit段寄存器表示20-bit Base Address的目的),而壹個段的Limit只能為固定值64 KB。另外,Protected Mode,顧名思義,又為段模式提供了保護機制,也就說壹個段的描述符需要規定對自身的訪問權限(Access)。所以,在Protected Mode下,對壹個段的描述則包括3方面因素:[Base Address, Limit, Access],它們加在壹起被放在壹個64-bit長的數據結構中,被稱為段描述符。這種情況下,如果我們直接通過壹個64-bit段描述符來引用壹個段的時候,就必須使用壹個64-bit長的段積存器裝入這個段描述符。但Intel為了保持向後兼容,將段積存器仍然規定為16-bit(盡管每個段積存器事實上有壹個64-bit長的不可見部分,但對於程序員來說,段積存器就是16-bit的),那麽很明顯,我們無法通過16-bit長度的段積存器來直接引用64-bit的段描述符。
怎麽辦?解決的方法就是把這些長度為64-bit的段描述符放入壹個數組中,而將段寄存器中的值作為下標索引來間接引用(事實上,是將段寄存器中的高13 -bit的內容作為索引)。這個全局的數組就是GDT。事實上,在GDT中存放的不僅僅是段描述符,還有其它描述符,它們都是64-bit長,我們隨後再討論。
GDT可以被放在內存的任何位置,那麽當程序員通過段寄存器來引用壹個段描述符時,CPU必須知道GDT的入口,也就是基地址放在哪裏,所以Intel的設計者門提供了壹個寄存器GDTR用來存放GDT的入口地址,程序員將GDT設定在內存中某個位置之後,可以通過LGDT指令將GDT的入口地址裝入此積存器,從此以後,CPU就根據此積存器中的內容作為GDT的入口來訪問GDT了。
GDT是Protected Mode所必須的數據結構,也是唯壹的——不應該,也不可能有多個。另外,正象它的名字(Global Descriptor Table)所揭示的,它是全局可見的,對任何壹個任務而言都是這樣。