【1】README

  • 1.0)由于实现进程的切换任务,其功能涉及到 LDT + TSS +GATE + INTERRUPT;下面我们对这些内容进行复习;
  • 1.1) source code from orange’s implemention of a os .

##**【2】知识复习(LDT+TSS+GATE +** INTERRUPT)
**2.1)LDT的复习**

  • (1)在GDT中定义 LDT 描述符;
  • (2)然后在实模式下,初始化 GDT中的LDT描述符;
  • (3)还要初始化 LDT中的段描述符(用局部任务代码去初始化 LDT 中 段描述符的基地址);
  • (4)加载GDT到GDTR;
  • (5)切换到保护模式;
  • (6)做完任务后,跳转到局部任务(jmp SelectorLDTCodeA:0),SelectorLDTCodeA作为LDT的选择子,用于索引LDT中段描述符,其初始化在实模式下完成;
  • (7)紧接着就跳转到该选择子对应的任务代码段去执行;

2.2)对于GDT和LDT的结构,我们再做个总结

LABEL_GDT:

LABEL_DESC_LDT : Descriptor 0, LDTLen - 1, DA_LDT ; LDT

SelectorLDT equ LABEL_DESC_LDT- LABEL_GDT

LABEL_LDT

LABEL_LDT_DESC_CODEA : Descriptor 0, CodeALen - 1, DA_C + DA_32 ; Code, 32 位

SelectorLDTCodeA equ LABEL_LDT_DESC_CODEA - LABEL_LDT: + SA_TIL



; 初始化 LDT 在 GDT 中的描述符

xor eax, eax

mov ax, ds

shl eax, 4

add eax, LABEL_LDT

mov word [LABEL_DESC_LDT + 2], ax

shr eax, 16

mov byte [LABEL_DESC_LDT + 4], al

mov byte [LABEL_DESC_LDT + 7], ah



; 初始化 LDT 中的描述符

xor eax, eax

mov ax, ds

shl eax, 4

add eax, LABEL_CODE_A

mov word [LABEL_LDT_DESC_CODEA+ 2], ax

shr eax, 16

mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA+ 4], al

mov byte [LABEL_LDT_DESC_CODEA+ 7], ah



; Load LDT

mov ax, SelectorLDT

lldt ax

jmp SelectorLDTCodeA :0 ; 跳入局部任务



; CodeA (LDT, 32 位代码段)

[SECTION .la]

ALIGN 32

[BITS 32]

LABEL_CODE_A :

mov ax, SelectorVideo

mov gs, ax ; 视频段选择子(目的)

mov edi, (80 * 12 + 0) * 2 ; 屏幕第 10 行, 第 0 列。

mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字

mov al, 'L'

mov [gs:edi],

(Attention)显然,我们发现,加载到 ldt 寄存器 的 选择子是 GDT中 LDT段描述符 的选择子, 而调用局部描述符对应的目标代码时,我们用的是 LDT 中的该代码对应的选择子;(干货)


**2.2)TSS的复习**

  • 由于每个任务可能在4个特权级间转移,故每个任务实际上需要4个堆栈;
  • 问题是:我们只有一个ss 和 esp, 那么当发生堆栈切换,我们该从哪里获取其他堆栈的ss 和 esp 呢?

    我们引入TSS, 它可以解决这个问题。
  • 我们再总结一下就是:不同特权级的代码段间的转移(更具体点,是从低特权级->高特权级),会发生堆栈切换,使得调用者的入栈的堆栈是针对调用者本身的堆栈, 而出栈操作是针对被调用者的堆栈,即入栈和出栈的堆栈不一致,使得特权级间跳转出错,故引入了 TSS;

(Conclusion)我们再理一理 TSS 和 GDT 的结构关系

; 任务状态段描述符 LABEL_DESC_TSS + 选择子

LABEL_GDT:

...........

LABEL_DESC_TSS : Descriptor 0, TSSLen-1, DA_386TSS ; ( DA_386TSS == 89h )

SelectorTSS equ LABEL_DESC_TSS - LABEL_GDT

; TSS [add] (任务状态段的定义)

[SECTION .tss]

ALIGN 32

[BITS 32]

LABEL_TSS :

DD 0 ; Back

DD TopOfStack ; 0 级堆栈

DD SelectorStack ;

DD 0 ; 1 级堆栈

DD 0 ;

DD 0 ; 2 级堆栈

DD 0 ;

DD 0 ; CR3

DD 0 ; EIP

DD 0 ; EFLAGS

DD 0 ; EAX

DD 0 ; ECX

DD 0 ; EDX

DD 0 ; EBX

DD 0 ; ESP

DD 0 ; EBP

DD 0 ; ESI

DD 0 ; EDI

DD 0 ; ES

DD 0 ; CS

DD 0 ; SS

DD 0 ; DS

DD 0 ; FS

DD 0 ; GS

DD 0 ; LDT

DW 0 ; 调试陷阱标志

DW $ - LABEL_TSS+ 2 ; I/O位图基址

DB 0ffh ; I/O位图结束标志

TSSLen equ $ - LABEL_TSS

; 初始化 TSS 描述符,实模式

xor eax, eax

mov ax, ds

shl eax, 4

add eax, LABEL_TSS

mov word [LABEL_DESC_TSS+ 2], ax

shr eax, 16

mov byte [LABEL_DESC_TSS+ 4], al

mov byte [LABEL_DESC_TSS+ 7], ah

; Load TSS, 在保护模式中,从ring3->ring0之前

; 因为是先通过retf实现 ring0->ring3,然后通过门实现ring3->ring0(门目标段的特权级为0),ring3->ring0会发生堆栈切换,所以在这之前需要加载TSS进入 tr-任务寄存器

mov ax, SelectorTSS

ltr ax ; 在任务内发生特权级变换时要切换堆栈,而内层堆栈的指针存放在当前任务的TSS中,所以要设置任务状态段寄存器 TR。

push SelectorStack3

push TopOfStack3

push SelectorCodeRing3 ; 打印 '3'

push 0

retf

(Attention) 从以上代码,初始化TSS的内存空间,创建 GDT中的 TSS 描述符 以及 在实模式下初始化TSS 的描述符, 最后跳转到 保护模式,在特权级切换之前,我们把 TSS段描述符在GDT 中的选择子加载到了 tr-任务寄存器中,这样方便 不同特权级代码间的切换 进行堆栈切换;


**2.3)GATE的复习**

  • (1)在GDT中定义门描述符+门选择子 + 该门对应的代码段描述符及其选择子,从以下 门和门对应的代码段描述符 的定义可以看到,门描述符存储着该代码段描述符的选择子以建立它们间的联系;

    LABEL_DESC_CODE_DEST: Descriptor 0,SegCodeDestLen-1, DA_C+DA_32; 非一致代码段,32

    SelectorCodeDest equ LABEL_DESC_CODE_DEST- LABEL_GDT

    ; 门 目标选择子,偏移,DCount, 属性

    LABEL_CALL_GATE_TEST : Gate SelectorCodeDest, 0, 0, DA_386CGate+DA_DPL0

    SelectorCallGateTest equ LABEL_CALL_GATE_TEST - LABEL_GDT

  • (2)在实模式中初始化测试调用门的代码段描述符;(门对应的代码段,我们称其为调用门目标段)

      ; 初始化测试调用门的代码段描述符
    xor eax, eax
    mov ax, cs
    shl eax, 4
    add eax, LABEL_SEG_CODE_DEST ; (调用门目标段基地址)
    mov word [LABEL_DESC_CODE_DEST + 2], ax
    shr eax, 16
    mov byte [LABEL_DESC_CODE_DEST + 4], al
    mov byte [LABEL_DESC_CODE_DEST + 7], ah
  • (3)加载GDT到GDTR,并进入保护模式;

  • (4)做完任务后,测试调用门(call SelectorCallGateTest:0),注意,它这里的调用地址用的是 调用门选择子,通过调用门选择子->调用门描述符->门目标段选择子->门目标段描述符->门目标段基地址,即通过调用门选择子寻址到门目标段基地址去运行;

    ; 测试调用门(无特权级变换),将打印字母 'C'

    call SelectorCallGateTest:0


**2.4)中断复习**

  • step0)构建中断处理程序函数(在32位代码段的保护模式中):

      _UserIntHandler:
    UserIntHandler equ _UserIntHandler - $$
    mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
    mov al, 'I'
    mov [gs:((80 * 0 + 70) * 2)], ax ; 屏幕第 0 行, 第 70 列。
    iretd _SpuriousHandler:
    SpuriousHandler equ _SpuriousHandler - $$
    mov ah, 0Ch ; 0000: 黑底 1100: 红字
    mov al, '!'
    mov [gs:((80 * 0 + 75) * 2)], ax ; 屏幕第 0 行, 第 75 列。
    jmp $
    iretd
  • step1)构建IDT,IDT表项也就是门(中断门+陷阱门),主要是为中断向量号(依据表项索引)绑定中断处理程序,(为演示方便,特别为向量号 80h 绑定了中断处理程序),要知道,中断向量号 把中断异常的处理程序 与 中断异常类型联系了起来;

      [SECTION .idt]
    ALIGN 32
    [BITS 32]
    LABEL_IDT:
    ; 门 目标选择子, 偏移, DCount, 属性
    %rep 128
    Gate SelectorCode32, SpuriousHandler, 0, DA_386IGate
    %endrep
    .080h: Gate SelectorCode32, UserIntHandler, 0, DA_386IGate
    IdtLen equ $ - LABEL_IDT
    IdtPtr dw IdtLen - 1 ; 段界限
    dd 0 ; 基地址
  • step2)实模式下,为加载IDTR做准备, 并将IDT(基地址+段界限)加载到 IDTR;

      ; 为加载 IDTR 作准备
    xor eax, eax
    mov ax, ds
    shl eax, 4
    add eax, LABEL_IDT ; eax <- idt 基地址
    mov dword [IdtPtr + 2], eax ; [IdtPtr + 2] <- idt 基地址
    ; 加载 GDTR
    lgdt [GdtPtr]
    ; 关中断
    cli
    ; 加载 IDTR
    lidt [IdtPtr]
  • step4)向主8259A写入OCW1,以开启定时器中断, 然后向从8259A写入OCW1 以屏蔽从8259A所有中断;

      ; start Init8259A
    Init8259A:
    mov al, 011h
    out 020h, al ; 主8259, ICW1.
    call io_delay out 0A0h, al ; 从8259, ICW1.
    call io_delay mov al, 020h ; IRQ0 对应中断向量 0x20
    out 021h, al ; 主8259, ICW2.
    call io_delay mov al, 028h ; IRQ8 对应中断向量 0x28
    out 0A1h, al ; 从8259, ICW2.
    call io_delay mov al, 004h ; IR2 对应从8259
    out 021h, al ; 主8259, ICW3.
    call io_delay mov al, 002h ; 对应主8259的 IR2
    out 0A1h, al ; 从8259, ICW3.
    call io_delay mov al, 001h
    out 021h, al ; 主8259, ICW4.
    call io_delay out 0A1h, al ; 从8259, ICW4.
    call io_delay mov al, 11111110b ; 仅仅开启定时器中断
    ;mov al, 11111111b ; 屏蔽主8259所有中断
    out 021h, al ; 主8259, OCW1.
    call io_delay mov al, 11111111b ; 屏蔽从8259所有中断
    out 0A1h, al ; 从8259, OCW1.
    call io_delay ret
    ; over Init8259A
  • step5)触发中断 int 080h;

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