GDTへの設定

GDTへの設定に必要なもの

• とにかく、GDTには 8,192個分の設定ができる。(セグメントを 8,192種類設定できる）
• 各1個の設定には、大きさ・開始番地・属性の三つを設定する必要がある。

まずはこれだけ。属性はちょっと特殊なのでちょっと置いておく。とりあえずは16ビット必要ということで。

そう考えると、こういう設定パラメータが必要になると。

さて、これを見ると、一つのセグメントに設定しなくちゃいけないパラメータの合計は32+32+16で、合計80ビットが必要になるわけです。

しかし！！

GDTという表が、一行をこのとおり80ビット(10バイト)とってくれていれば単なる当て込みでいいのですが、なぜかi386では一行は64ビット(8バイト）ということになっています。

なので、全部で10バイト必要なパラメータを8バイトに押し込む(一種の圧縮？）必要があるのです。ここはそのための処理なのです。

解りやすくこんなことを考えてみます。

セグメント0を、
   ・大きさ0x11223344(278MB)
   ・開始番地0x55667788
   ・属性を0xAABB
として定義したいとします。

セグメントの開始番地は本でとりあえず0x00270000と決めています。これをそのまま使いましょう。

ようするにGDTは表です。なので、こんな表を妄想できますね？

さて、この表の「??」の部分の番地。いくつになると思いますか？

0x00270000から始まって4バイト+4バイト+2バイト分進むのですから、0x00270010になるはずです。「??」のアドレスは0x00270010。つまりここから次のセグメント(セグメント1）の設定が始まると。ばんざーい！！

ダメなのです！！！

正解は0x00270008。そう。正しくは、GDT表の一行は8バイトなのです！（インテルが決めた）

• 「まてこのやろう！10バイト必要なのは明白だろう！なんで一行が8バイトなんだよ！2バイト分足りないじゃないかよ！！！」
• はいそのとおりです！ インテルに変わってお詫びします！。でももう決まっているので、なんとかヤリクリしてください。あしからず！
• ・・・いっちゃった・・・

そういうわけでP124のコード。押し込み(圧縮？）作業が必要になると！

さて、実際に押し込む作業を追ってみましょう。

一行はとにかく8ﾊﾞｲﾄなので、本では SEGMENT_DESCRIPTOR という構造体を定義しています。なるほど。構造体の中身をバイト単位で表してみると・・・

さてさっそく本のように、ここにデータを押し込んで見ましょう。まずは開始アドレス(0x55667788）から。

本によると、開始アドレスは32ビット(4バイト）が必要です。GDTの場合はこれをbase_low(2バイト）・base_mid(1バイト)・base_heigh(1バイト)の三つに割ってバラバラに格納しなければいけないようです。そのための処理が、

sd->base_low    = base & 0xffff;
sd->base_mid    = (base >> 16) & 0xff;
sd->base_heigh  = (base >> 24) & 0xff;

これらです。ひとつひとつ見てみましょう。（ちなみにこのサイトの例として、baseは0x55667788を使用します。）

sd->base_low = base & 0xffff;

0x55667788 & 0xffffですね。

これはアセンブラでよく使う、「特定のビットをゼロにしたい！」という処理です。

ようするにここは、「下2バイトを切り出す」のではなく、 逆に「頭2バイトを全部0にしちゃう」という処理です。 2進数にするとかえってわかりやすいかも。

       01010101011001100111011110001000     ←0x55667788の2進数
 AND   00000000000000001111111111111111     ←0x0000ffffの2進数
────────────────────
       00000000000000000111011110001000     ←0x00007788になる

なるほど！　これでbase_low(2バイト)に代入できます！

sd->base_mid = (base >> 16) & 0xff;

( 0x55667788 >> 16) & 0xff　ですね。

まず括弧の中身。これはビットシフト命令ですね。(本のP117に図が載ってます)

これも、かえって2進数にしたほうがわかりやすいかもしれません。

       01010101011001100111011110001000     ←0x55667788の2進数
                       ↓
                16個分右にシフト
                       ↓
       00000000000000000101010101100110     ←0x00005566の2進数

そしてさらに、これを0xffでAND演算しています。

       00000000000000000101010101100110     ←0x00005566の2進数
  AND  00000000000000000000000011111111     ←0x000000ffの2進数
 ───────────────────
       00000000000000000000000001100110     ←0x00000066になる

これで base_mid が取り出せました。

sd->base_heigh = (base >> 24) & 0xff;

上の処理とほぼ同じですね。

       01010101011001100111011110001000     ←0x55667788の2進数
                       ↓
                24個分右にシフト
                       ↓
       00000000000000000000000001010101     ←0x00000055の2進数

なお、この時点ですでに頭2バイトだけの状態になっていますが、あえて0xffでANDしていますね。おそらくこれは、「念のため」の処理でしょう。

さて、これで、「開始番地」を三つに分割することができましたね。本のコードでは処理してすぐに構造体に当て込んでいます。今は構造体はどんな状態でしょうか？

こうなっています。

大きさ(limit)

さて、セグメントの大きさです。これは本に書いてある通り、0から4GBまで指定できないとおかしいですよね？。なので、32ビット(4バイト）のデータになります。

上記の開始アドレスは幸いただ割ればよかったのですが、limitは20ビットしか入れ物が用意されていません。なので、特殊な方法で指定します。

例として、大きさは0x11223344(278MB)を使います。

if (limit > 0xffff) {
     ar |= 0x80000; /* G_bit = 1 */
     limit /= 0x10000;
}

sd->limit_low    = limit & 0xffff;

sd->limit_heigh  = ((limit >> 16) & 0x0f) | ((ar >> 8) & 0x0f);

これがlimitに関する演算です。最初から見てみましょう。

if(limit > ・・・・

これはなにをやっているかというと、P125に書いてある通りです。

大きさがもし1MB以上ならG_bitを1にしてx4kbモード?にします。当然limitの値もあらかじめ4kbで割り算しておきます。

・・・しかし、G_bitを1にするのはわかりますが、なんで ar |= 0x80000　なんて処理をしているのでしょう？　arはそもそも属性の値じゃないですか・・・

この表をもう一度見てください。

これは構造体の定義にそって変数を宣言しています。C言語では、設定(というか、指定？）できる変数はchar(8ビット)、short(16ビット)、int(32ビット)等等がありますが、残念ながら20ビットなんて単位の変数はありません。やむを得ず16ビットや8ビットでごまかしていますが、本当は上記の表の区切りはまちがっているのです。本当はこうなります。(色が付いている部分はそこだけ2進数です。ご注意)