X86系统寄存器介绍（续）——系统地址寄存器

1. GDTR（全局描述符表寄存器）

• 作用：全局描述符表GDT（Global Descriptor Table）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。GDT定义了系统中所有任务共享的内存段属性，如代码段、数据段等。
• 结构：
  • 48位寄存器，高32位为GDT的基地址，低16位为表的大小限制（值为表长度-1）。
  • 例如：LGDT [gdt_ptr]指令加载GDTR，其中gdt_ptr指向一个包含基地址和限制的6字节内存区域。
• 重要性：
  • 在保护模式下，虽然Linux没有使用分段机制管理内存（进行内存分段），但是仍然保留了分段机制（Linux代码段和数据段的基址都相同，相当于所有段都开始于同一虚拟地址，实际上没有分段，靠分页来管理内存），但是，分段机制却用于CPU通过GDT访问内存段，确保内存隔离和权限控制。
  • 系统启动时由操作系统初始化，通常每个处理器核心只有一个GDT。

GDTR提供了GDT的基址，段选择器的偏移部分（3~15位）与GDTR相加，得到段描述符在GDT中的位置。

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2. LDTR（局部描述符表寄存器）

• 作用：指向当前任务的局部描述符表（LDT）。LDT定义了任务私有的内存段，实现多任务隔离。
• 结构：
  • 16位可见部分：存储LDT的段选择子，指向GDT中的LDT描述符。
  • 隐藏部分：缓存LDT描述符的基地址、限制和属性（加载段选择子时自动填充）。
• 操作：
  • 使用LLDT [selector]指令加载段选择子，CPU自动从GDT读取LDT描述符并缓存。
  • 任务切换时，LDTR会被更新以指向新任务的LDT。
• 应用场景：在需要任务隔离的系统中（如早期Windows NT），LDT用于定义任务私有段，但现代系统通常仅用GDT，不用LDT。

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3. IDTR（中断描述符表寄存器）

• 作用：与GDTR的作用类似，IDTR寄存器用于存放中断描述符表IDT的32位线性基地址和16位表长度值。指令LIDT和SIDT分别用于加载和保存IDTR寄存器的内容。在机器刚加电或处理器复位后，基地址被默认地设置为0，而长度值被设置成0Xffff。IDT定义了中断和异常处理程序的入口。
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• 结构：
  • 48位寄存器，高32位为IDT基地址，低16位为表的大小限制（值为表长度-1）。
  • 例如：LIDT [idt_ptr]指令加载IDTR。
• 重要性：
  • 发生中断或异常时，CPU根据中断号索引IDT，跳转到对应的处理程序。
  • 包含三种门描述符：任务门、中断门、陷阱门，控制处理程序的执行环境。

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4. TR（任务寄存器）

• 作用：TR寄存器用于存放当前任务TSS段的16位段选择符、32位基地址、16位段长度和描述符属性值。它引用GDT表中的一个TSS类型的描述符。指向当前任务的TSS（任务状态段），用于任务切换和上下文保存。
• 结构：
  • 16位可见部分：存储TSS的段选择子，指向GDT中的TSS描述符。
  • 隐藏部分：缓存TSS的基地址、限制和属性。
• 操作：
  • 使用LTR [selector]指令加载段选择子，CPU自动从GDT读取TSS描述符并缓存。
  • 指令LTR和STR分别用于加载和保存TR寄存器的段选择符部分。当使用LTR指令把选择符加载进任务寄存器时，TSS描述符中的段基地址、段限长度以及描述符属性会被自动加载到任务寄存器中。当执行任务切换时，处理器会把新任务的TSS的段选择符和段描述符自动加载进任务寄存器TR中。
• TSS内容：
  • 通用寄存器、段寄存器、EFLAGS、CR3（页表基址）、特权级堆栈指针等。
  • 现代系统可能仅用TSS存储内核堆栈信息，硬件任务切换较少使用。

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对比总结

寄存器	指向的表	结构	加载指令	作用场景
GDTR	GDT	基地址+限制（48位）	LGDT	全局内存段管理
LDTR	LDT	段选择子+缓存	LLDT	任务私有段隔离
IDTR	IDT	基地址+限制（48位）	LIDT	中断/异常处理
TR	TSS （GDT中的段）	段选择子+缓存	LTR	任务切换和上下文保存

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关键注意事项

1. 缓存机制：LDTR和TR的隐藏部分提高了访问速度，避免每次访问表时查询内存。
2. 保护模式依赖：这些寄存器在实模式下无意义，仅在保护模式或长模式下生效。
3. 操作系统角色：由操作系统初始化和管理，用户程序通常无法直接修改。

理解这些寄存器对于分析X86架构的内存管理、多任务调度和中断处理机制至关重要。