任务切换
任务切换的方法
第一个方法就是借助中断来进行任务切换，这是现代抢占式多任务的基础。在实模式下，内存最低端1KB是中断向量表，保存着256个中断处理过程的段地址和偏移地址。在保护模式下，处理器不再使用中断向量表，而是使用中断描述符表。中段描述符表和GDT，LDT是一样的，用于保存描述符，唯一不同的地方是，他保存的是门描述符，包括中断门，陷阱门和任务门。中断门和陷阱门允许在任务内实施中断处理，转到全局空间去执行一些系统级的管理工作，本质上，也是任务内的控制转移行为。但是，在中断发生的时候，如果该中断号对应的门是任务门，那么必须进行任务切换（中断当前任务的执行，保护当前任务的现场，并转移到另一个任务去执行）。
任务门的样子如上，任务门也是一个系统段，所以S一定是0，TYPE位是0101表明是任务门。任务门的P位来表示这个门是否有效，当P=0时候，不允许通过此门来进行任务切换，DPL是任务门描述符的特权级，但是对因为中断而发起的任务切换不起作用，处理器不按特权级施加任何保护。
当中断发生的时候，处理器用中断号乘以8作为索引访问中段描述符表，当这个门是任务门时，则处理器会取出新任务的TSS选择子，然后用TSS的选择子访问GDT，取出TSS描述符。然后，处理器访问新的TSS，从中恢复在TSS登记的所有东西。然后，TR开始指向新任务的TSS，一旦新任务开始执行，则处理器固件会自动将TSS描述符的B位设置为1（表示在忙）。
当中断发生的时候，可以执行常规的中断处理过程。也可以进行任务切换。这两者都使用iret指令返回。前者是返回到同一个任务的不同代码段，后者是返回到被中断的任务。处理器通过EFLAGS位来区分这两者的区别。
本质上，因为现在中断的描述符全部都是门，所以都是可以根据NT位来确定如何进行返回的。如果一个任务的切换是因为中断发起的，发生任务切换以后，旧任务的TSS描述符的B位不会改变，处理器将现场的TSS的所有需要填写的项都填写好，然后把旧任务的TSS描述符选择子写入新任务的任务连接域中（0x00）处，同时将新任务EFLAGS寄存器的NT位置变为1，以允许新任务返回旧任务的操作，同时还要把新任务的TSS描述符的B位设置为1（忙）。
回到iret指令上来，当处理器看见iret指令，则会立马检查NT位，如果这个位是0，那么就按一般的中断返回操作进行；如果这个位是1，那么就会返回原先被中断的任务的位置继续进行旧任务，同时把NT位复原，并把切换前的任务的TSS描述符的B位设置为0。然后TR指向原来被切换的任务的TSS，进行任务切换。
处理器切换任务的方式有4种：
- 当前程序，任务或者过程执行控制转移到GDT内某个TSS描述符（使用jmp或者call进行切换）。
- 当前程序，任务或者过程执行控制转移到GDT或者当前LDT内某个任务门描述符（任务门可以在任务的LDT上，TSS一定要在GDT上）（使用jmp或者call进行切换）。
- 一个异常或者中断发生时候，中断号指向中断描述表内的任务门。
- 在EFLAGS寄存器的NT位置为的情况下，当前任务执行一个iret指令。
由call指令发起的任务切换类似于因为中断发起的任务切换，也就是说，call指令发起的任务切换是嵌套的，当前任务（旧任务）TSS描述符的B位保持原来的“1”不变。EFLAGS寄存器的NT位也不会发生变化。新任务的TSS描述符的B位置1，EFLAGS的NT位也置1，表示此任务嵌套于其他任务中，同时，TSS任务连接域的内容改为旧任务的TSS描述符选择子。
和call指令不同，使用jmp指令发起的任务切换，不会形成任务的嵌套关系。执行任务切换的时候，当前任务（旧任务）的TSS描述符清零，变为非忙状态，EFLAGS寄存器的NT位不变；新任务的TSS描述符的B位置1，进入忙的状态，EFLAGS寄存器的NT位保持从TSS中加载时的状态度不变。
不管如何，任务是不可以重入的，本质上来说，就是发起任务切换的时候，新任务的TSS描述符的B位不能是1，处理器每次切换任务都会检查TSS描述符的B位。
在进行任务切换的时候，处理器执行以下操作：
- 使用JMP或者CALL指令的操作数（注意任务门的选择子问题，和调用门一样，进行远调用的时候任务门会忽略32位的偏移地址，直接用16位的选择子部分），任务门或者当前任务的TSS任务连接域取得新任务的TSS描述符选择子。
- 检查是否允许从当前任务切换到新任务，数据访问的特权级检查适用于jmp和call指令，当前（旧）任务的CPL和新任务段的RPL必须在数值上小于或者等于目标TSS或者任务门的DPL。异常，中断（除了由int n指令发起的中断）和iret指令引起的任务切换忽略任务门或者TSS描述符的DPL，对于以int n发起的任务切换，要检查DPL。
- 检查新任务的TSS描述符是否被标记为有效（P=1），而且界限要大于103，同时检查任务的B位，除了iret指令发起的切换，其他切换B位要等于0（防止任务重入），iret指令发起的切换B=1。
- 检查当前任务（旧任务）和新任务的TSS，以及所有在任务切换时要用到的段描述符已经安排到系统内存中。
- 如果任务切换是由jmp或者iret发起的，处理器清除当前（旧）任务的B位，如果是由call，异常或者中断发起的，那么B位就维持原来的状态。
- 如果任务切换是由iret发起的，那么处理器建立EFLAGS寄存器的副本并且把NT位清除，如果是其他三种方式发起的切换，那么副本中的NT位保持不变。
- 保存当前任务状态到他的TSS中（TSS所需要的所有副本）。
- 如果任务切换是由call，异常或者中断发起的，则处理器从新任务加载的EFLAGS寄存器的NT位置1；如果是由iret或者jmp发起的，则NT位保持不变。
- 如果任务是由call，jmp，异常或者中断发起的，则处理器将新任务的TSS描述符的B位置1；如果由iret发起，则B位保持不变。
- 用新任务的TSS选择子和TSS描述符加载到任务寄存器TR（注意描述符的基地址，段界限和属性加载到TR的高速缓存器中了）。
- 新任务的TSS状态数据被加载到处理器（TSS里面有的都要加载）。载入期间只要有一个发生故障，架构状态会被破坏（无法撤销）。所谓架构状态就是从一个状态转移到另一个状态是一确定的，不会出现不可预知的状况。
- 段选择子对应的描述符也会被加载，与加载和验证新环境有关的任务错误都会破坏架构状态，如果前面1-10步出现了不可恢复的错误，处理器将不能完成任务切换，并且确保处理器返回到执行发起任务切换的那条指令前的状态，如果在11步出现了不可恢复的错误，架构状态将会被破坏。如果在12步（提交点）以后发生了不可恢复错误，处理器将会完成任务切换并且在开始执行新任务之前产生一个相应的异常。
- 开始执行新任务。任务切换的时候，新任务的特权级别不是从那个被挂起的任务继承来的。新任务的特权级别都是由其段寄存器CS的低2位决定的，而该寄存器的内容取自新任务的TSS。因为每个任务都有自己的独立地址空间和任务状态段TSS，所以任务之间是彼此隔离的。只需要用特权级规则控制对TSS的访问就行，软件不需要在任务切换时进行显式的特权级检查。
代码清单
;代码清单15-2
;文件名：c15.asm
;文件说明：用户程序
;===============================================================================
SECTION header vstart=0
program_length dd program_end ;程序总长度#0x00
head_len dd header_end ;程序头部的长度#0x04
stack_seg dd 0 ;用于接收堆栈段选择子#0x08
stack_len dd 1 ;程序建议的堆栈大小#0x0c
;以4KB为单位
prgentry dd start ;程序入口#0x10
code_seg dd section.code.start ;代码段位置#0x14
code_len dd code_end ;代码段长度#0x18
data_seg dd section.data.start ;数据段位置#0x1c
data_len dd data_end ;数据段长度#0x20
;-------------------------------------------------------------------------------
;符号地址检索表
salt_items dd (header_end-salt)/256 ;#0x24
salt: ;#0x28
PrintString db '@PrintString'
times 256-($-PrintString) db 0
TerminateProgram db '@TerminateProgram'
times 256-($-TerminateProgram) db 0
ReadDiskData db '@ReadDiskData'
times 256-($-ReadDiskData) db 0
header_end:
;===============================================================================
SECTION data vstart=0
message_1 db 0x0d,0x0a
db '[USER TASK]: Hi! nice to meet you,'
db 'I am run at CPL=',0
message_2 db 0
db '.Now,I must exit...',0x0d,0x0a,0
data_end:
;===============================================================================
[bits 32]
;===============================================================================
SECTION code vstart=0
start:
;任务启动时，DS指向头部段，也不需要设置堆栈
mov eax,ds
mov fs,eax
mov eax,[data_seg]
mov ds,eax
mov ebx,message_1
call far [fs:PrintString]
mov ax,cs
and al,0000_0011B
or al,0x0030
mov [message_2],al
mov ebx,message_2
call far [fs:PrintString]
call far [fs:TerminateProgram] ;退出，并将控制权返回到核心
code_end:
;-------------------------------------------------------------------------------
SECTION trail
;-------------------------------------------------------------------------------
program_end:
;代码清单15-1
;文件名：c15_core.asm
;文件说明：保护模式微型核心程序
;以下常量定义部分。内核的大部分内容都应当固定
core_code_seg_sel equ 0x38 ;内核代码段选择子
core_data_seg_sel equ 0x30 ;内核数据段选择子
sys_routine_seg_sel equ 0x28 ;系统公共例程代码段的选择子
video_ram_seg_sel equ 0x20 ;视频显示缓冲区的段选择子
core_stack_seg_sel equ 0x18 ;内核堆栈段选择子
mem_0_4_gb_seg_sel equ 0x08 ;整个0-4GB内存的段的选择子
;-------------------------------------------------------------------------------
;以下是系统核心的头部，用于加载核心程序
core_length dd core_end ;核心程序总长度#00
sys_routine_seg dd section.sys_routine.start
;系统公用例程段位置#04
core_data_seg dd section.core_data.start
;核心数据段位置#08
core_code_seg dd section.core_code.start
;核心代码段位置#0c
core_entry dd start ;核心代码段入口点#10
dw core_code_seg_sel
;===============================================================================
[bits 32]
;===============================================================================
SECTION sys_routine vstart=0 ;系统公共例程代码段
;-------------------------------------------------------------------------------
;字符串显示例程
put_string: ;显示0终止的字符串并移动光标
;输入：DS:EBX=串地址
push ecx
.getc:
mov cl,[ebx]
or cl,cl
jz .exit
call put_char
inc ebx
jmp .getc
.exit:
pop ecx
retf ;段间返回
;-------------------------------------------------------------------------------
put_char: ;在当前光标处显示一个字符,并推进
;光标。仅用于段内调用
;输入：CL=字符ASCII码
pushad
;以下取当前光标位置
mov dx,0x3d4
mov al,0x0e
out dx,al
inc dx ;0x3d5
in al,dx ;高字
mov ah,al
dec dx ;0x3d4
mov al,0x0f
out dx,al
inc dx ;0x3d5
in al,dx ;低字
mov bx,ax ;BX=代表光标位置的16位数
cmp cl,0x0d ;回车符？
jnz .put_0a
mov ax,bx
mov bl,80
div bl
mul bl
mov bx,ax
jmp .set_cursor
.put_0a:
cmp cl,0x0a ;换行符？
jnz .put_other
add bx,80
jmp .roll_screen
.put_other: ;正常显示字符
push es
mov eax,video_ram_seg_sel ;0xb8000段的选择子
mov es,eax
shl bx,1
mov [es:bx],cl
pop es
;以下将光标位置推进一个字符
shr bx,1
inc bx
.roll_screen:
cmp bx,2000 ;光标超出屏幕？滚屏
jl .set_cursor
push ds
push es
mov eax,video_ram_seg_sel
mov ds,eax
mov es,eax
cld
mov esi,0xa0 ;小心！32位模式下movsb/w/d
mov edi,0x00 ;使用的是esi/edi/ecx
mov ecx,1920
rep movsd
mov bx,3840 ;清除屏幕最底一行
mov ecx,80 ;32位程序应该使用ECX
.cls:
mov word[es:bx],0x0720
add bx,2
loop .cls
pop es
pop ds
mov bx,1920
.set_cursor:
mov dx,0x3d4
mov al,0x0e
out dx,al
inc dx ;0x3d5
mov al,bh
out dx,al
dec dx ;0x3d4
mov al,0x0f
out dx,al
inc dx ;0x3d5
mov al,bl
out dx,al
popad
ret
;-------------------------------------------------------------------------------
read_hard_disk_0: ;从硬盘读取一个逻辑扇区
;EAX=逻辑扇区号
;DS:EBX=目标缓冲区地址
;返回：EBX=EBX+512
push eax
push ecx
push edx
push eax
mov dx,0x1f2
mov al,1
out dx,al ;读取的扇区数
inc dx ;0x1f3
pop eax
out dx,al ;LBA地址7~0
inc dx ;0x1f4
mov cl,8
shr eax,cl
out dx,al ;LBA地址15~8
inc dx ;0x1f5
shr eax,cl
out dx,al ;LBA地址23~16
inc dx ;0x1f6
shr eax,cl
or al,0xe0 ;第一硬盘 LBA地址27~24
out dx,al
inc dx ;0x1f7
mov al,0x20 ;读命令
out dx,al
.waits:
in al,dx
and al,0x88
cmp al,0x08
jnz .waits ;不忙，且硬盘已准备好数据传输
mov ecx,256 ;总共要读取的字数
mov dx,0x1f0
.readw:
in ax,dx
mov [ebx],ax
add ebx,2
loop .readw
pop edx
pop ecx
pop eax
retf ;段间返回
;-------------------------------------------------------------------------------
;汇编语言程序是极难一次成功，而且调试非常困难。这个例程可以提供帮助
put_hex_dword: ;在当前光标处以十六进制形式显示
;一个双字并推进光标
;输入：EDX=要转换并显示的数字
;输出：无
pushad
push ds
mov ax,core_data_seg_sel ;切换到核心数据段
mov ds,ax
mov ebx,bin_hex ;指向核心数据段内的转换表
mov ecx,8
.xlt:
rol edx,4
mov eax,edx
and eax,0x0000000f
xlat
push ecx
mov cl,al
call put_char
pop ecx
loop .xlt
pop ds
popad
retf
;-------------------------------------------------------------------------------
allocate_memory: ;分配内存
;输入：ECX=希望分配的字节数
;输出：ECX=起始线性地址
push ds
push eax
push ebx
mov eax,core_data_seg_sel
mov ds,eax
mov eax,[ram_alloc]
add eax,ecx ;下一次分配时的起始地址
;这里应当有检测可用内存数量的指令
mov ecx,[ram_alloc] ;返回分配的起始地址
mov ebx,eax
and ebx,0xfffffffc
add ebx,4 ;强制对齐
test eax,0x00000003 ;下次分配的起始地址最好是4字节对齐
cmovnz eax,ebx ;如果没有对齐，则强制对齐
mov [ram_alloc],eax ;下次从该地址分配内存
;cmovcc指令可以避免控制转移
pop ebx
pop eax
pop ds
retf
;-------------------------------------------------------------------------------
set_up_gdt_descriptor: ;在GDT内安装一个新的描述符
;输入：EDX:EAX=描述符
;输出：CX=描述符的选择子
push eax
push ebx
push edx
push ds
push es
mov ebx,core_data_seg_sel ;切换到核心数据段
mov ds,ebx
sgdt [pgdt] ;以便开始处理GDT
mov ebx,mem_0_4_gb_seg_sel
mov es,ebx
movzx ebx,word [pgdt] ;GDT界限
inc bx ;GDT总字节数，也是下一个描述符偏移
add ebx,[pgdt+2] ;下一个描述符的线性地址
mov [es:ebx],eax
mov [es:ebx+4],edx
add word [pgdt],8 ;增加一个描述符的大小
lgdt [pgdt] ;对GDT的更改生效
mov ax,[pgdt] ;得到GDT界限值
xor dx,dx
mov bx,8
div bx ;除以8，去掉余数
mov cx,ax
shl cx,3 ;将索引号移到正确位置
pop es
pop ds
pop edx
pop ebx
pop eax
retf
;-------------------------------------------------------------------------------
make_seg_descriptor: ;构造存储器和系统的段描述符
;输入：EAX=线性基地址
; EBX=段界限
; ECX=属性。各属性位都在原始
; 位置，无关的位清零
;返回：EDX:EAX=描述符
mov edx,eax
shl eax,16
or ax,bx ;描述符前32位(EAX)构造完毕
and edx,0xffff0000 ;清除基地址中无关的位
rol edx,8
bswap edx ;装配基址的31~24和23~16 (80486+)
xor bx,bx
or edx,ebx ;装配段界限的高4位
or edx,ecx ;装配属性
retf
;-------------------------------------------------------------------------------
make_gate_descriptor: ;构造门的描述符（调用门等）
;输入：EAX=门代码在段内偏移地址
; BX=门代码所在段的选择子
; CX=段类型及属性等（各属
; 性位都在原始位置）
;返回：EDX:EAX=完整的描述符
push ebx
push ecx
mov edx,eax
and edx,0xffff0000 ;得到偏移地址高16位
or dx,cx ;组装属性部分到EDX
and eax,0x0000ffff ;得到偏移地址低16位
shl ebx,16
or eax,ebx ;组装段选择子部分
pop ecx
pop ebx
retf
;-------------------------------------------------------------------------------
terminate_current_task: ;终止当前任务
;注意，执行此例程时，当前任务仍在
;运行中。此例程其实也是当前任务的
;一部分
pushfd
mov edx,[esp] ;获得EFLAGS寄存器内容
add esp,4 ;恢复堆栈指针
mov eax,core_data_seg_sel
mov ds,eax
test dx,0100_0000_0000_0000B ;测试NT位
jnz .b1 ;当前任务是嵌套的，到.b1执行iretd
mov ebx,core_msg1 ;当前任务不是嵌套的，直接切换到
call sys_routine_seg_sel:put_string
jmp far [prgman_tss] ;程序管理器任务
.b1:
mov ebx,core_msg0
call sys_routine_seg_sel:put_string
iretd
sys_routine_end:
;===============================================================================
SECTION core_data vstart=0 ;系统核心的数据段
;-------------------------------------------------------------------------------
pgdt dw 0 ;用于设置和修改GDT
dd 0
ram_alloc dd 0x00100000 ;下次分配内存时的起始地址
;符号地址检索表
salt:
salt_1 db '@PrintString'
times 256-($-salt_1) db 0
dd put_string
dw sys_routine_seg_sel
salt_2 db '@ReadDiskData'
times 256-($-salt_2) db 0
dd read_hard_disk_0
dw sys_routine_seg_sel
salt_3 db '@PrintDwordAsHexString'
times 256-($-salt_3) db 0
dd put_hex_dword
dw sys_routine_seg_sel
salt_4 db '@TerminateProgram'
times 256-($-salt_4) db 0
dd terminate_current_task
dw sys_routine_seg_sel
salt_item_len equ $-salt_4
salt_items equ ($-salt)/salt_item_len
message_1 db ' If you seen this message,that means we '
db 'are now in protect mode,and the system '
db 'core is loaded,and the video display '
db 'routine works perfectly.',0x0d,0x0a,0
message_2 db ' System wide CALL-GATE mounted.',0x0d,0x0a,0
bin_hex db '0123456789ABCDEF'
;put_hex_dword子过程用的查找表
core_buf times 2048 db 0 ;内核用的缓冲区
cpu_brnd0 db 0x0d,0x0a,' ',0
cpu_brand times 52 db 0
cpu_brnd1 db 0x0d,0x0a,0x0d,0x0a,0
;任务控制块链
tcb_chain dd 0
;程序管理器的任务信息
prgman_tss dd 0 ;程序管理器的TSS基地址
dw 0 ;程序管理器的TSS描述符选择子
prgman_msg1 db 0x0d,0x0a
db '[PROGRAM MANAGER]: Hello! I am Program Manager,'
db 'run at CPL=0.Now,create user task and switch '
db 'to it by the CALL instruction...',0x0d,0x0a,0
prgman_msg2 db 0x0d,0x0a
db '[PROGRAM MANAGER]: I am glad to regain control.'
db 'Now,create another user task and switch to '
db 'it by the JMP instruction...',0x0d,0x0a,0
prgman_msg3 db 0x0d,0x0a
db '[PROGRAM MANAGER]: I am gain control again,'
db 'HALT...',0
core_msg0 db 0x0d,0x0a
db '[SYSTEM CORE]: Uh...This task initiated with '
db 'CALL instruction or an exeception/ interrupt,'
db 'should use IRETD instruction to switch back...'
db 0x0d,0x0a,0
core_msg1 db 0x0d,0x0a
db '[SYSTEM CORE]: Uh...This task initiated with '
db 'JMP instruction, should switch to Program '
db 'Manager directly by the JMP instruction...'
db 0x0d,0x0a,0
core_data_end:
;===============================================================================
SECTION core_code vstart=0
;-------------------------------------------------------------------------------
fill_descriptor_in_ldt: ;在LDT内安装一个新的描述符
;输入：EDX:EAX=描述符
; EBX=TCB基地址
;输出：CX=描述符的选择子
push eax
push edx
push edi
push ds
mov ecx,mem_0_4_gb_seg_sel
mov ds,ecx
mov edi,[ebx+0x0c] ;获得LDT基地址
xor ecx,ecx
mov cx,[ebx+0x0a] ;获得LDT界限
inc cx ;LDT的总字节数，即新描述符偏移地址
mov [edi+ecx+0x00],eax
mov [edi+ecx+0x04],edx ;安装描述符
add cx,8
dec cx ;得到新的LDT界限值
mov [ebx+0x0a],cx ;更新LDT界限值到TCB
mov ax,cx
xor dx,dx
mov cx,8
div cx
mov cx,ax
shl cx,3 ;左移3位，并且
or cx,0000_0000_0000_0100B ;使TI位=1，指向LDT，最后使RPL=00
pop ds
pop edi
pop edx
pop eax
ret
;-------------------------------------------------------------------------------
load_relocate_program: ;加载并重定位用户程序
;输入: PUSH 逻辑扇区号
; PUSH 任务控制块基地址
;输出：无
pushad
push ds
push es
mov ebp,esp ;为访问通过堆栈传递的参数做准备
mov ecx,mem_0_4_gb_seg_sel
mov es,ecx
mov esi,[ebp+11*4] ;从堆栈中取得TCB的基地址
;以下申请创建LDT所需要的内存
mov ecx,160 ;允许安装20个LDT描述符
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
mov [es:esi+0x0c],ecx ;登记LDT基地址到TCB中
mov word [es:esi+0x0a],0xffff ;登记LDT初始的界限到TCB中
;以下开始加载用户程序
mov eax,core_data_seg_sel
mov ds,eax ;切换DS到内核数据段
mov eax,[ebp+12*4] ;从堆栈中取出用户程序起始扇区号
mov ebx,core_buf ;读取程序头部数据
call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0
;以下判断整个程序有多大
mov eax,[core_buf] ;程序尺寸
mov ebx,eax
and ebx,0xfffffe00 ;使之512字节对齐（能被512整除的数低
add ebx,512 ;9位都为0
test eax,0x000001ff ;程序的大小正好是512的倍数吗?
cmovnz eax,ebx ;不是。使用凑整的结果
mov ecx,eax ;实际需要申请的内存数量
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
mov [es:esi+0x06],ecx ;登记程序加载基地址到TCB中
mov ebx,ecx ;ebx -> 申请到的内存首地址
xor edx,edx
mov ecx,512
div ecx
mov ecx,eax ;总扇区数
mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel ;切换DS到0-4GB的段
mov ds,eax
mov eax,[ebp+12*4] ;起始扇区号
.b1:
call sys_routine_seg_sel:read_hard_disk_0
inc eax
loop .b1 ;循环读，直到读完整个用户程序
mov edi,[es:esi+0x06] ;获得程序加载基地址
;建立程序头部段描述符
mov eax,edi ;程序头部起始线性地址
mov ebx,[edi+0x04] ;段长度
dec ebx ;段界限
mov ecx,0x0040f200 ;字节粒度的数据段描述符，特权级3
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
;安装头部段描述符到LDT中
mov ebx,esi ;TCB的基地址
call fill_descriptor_in_ldt
or cx,0000_0000_0000_0011B ;设置选择子的特权级为3
mov [es:esi+0x44],cx ;登记程序头部段选择子到TCB
mov [edi+0x04],cx ;和头部内
;建立程序代码段描述符
mov eax,edi
add eax,[edi+0x14] ;代码起始线性地址
mov ebx,[edi+0x18] ;段长度
dec ebx ;段界限
mov ecx,0x0040f800 ;字节粒度的代码段描述符，特权级3
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
mov ebx,esi ;TCB的基地址
call fill_descriptor_in_ldt
or cx,0000_0000_0000_0011B ;设置选择子的特权级为3
mov [edi+0x14],cx ;登记代码段选择子到头部
;建立程序数据段描述符
mov eax,edi
add eax,[edi+0x1c] ;数据段起始线性地址
mov ebx,[edi+0x20] ;段长度
dec ebx ;段界限
mov ecx,0x0040f200 ;字节粒度的数据段描述符，特权级3
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
mov ebx,esi ;TCB的基地址
call fill_descriptor_in_ldt
or cx,0000_0000_0000_0011B ;设置选择子的特权级为3
mov [edi+0x1c],cx ;登记数据段选择子到头部
;建立程序堆栈段描述符
mov ecx,[edi+0x0c] ;4KB的倍率
mov ebx,0x000fffff
sub ebx,ecx ;得到段界限
mov eax,4096
mul ecx
mov ecx,eax ;准备为堆栈分配内存
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
add eax,ecx ;得到堆栈的高端物理地址
mov ecx,0x00c0f600 ;字节粒度的堆栈段描述符，特权级3
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
mov ebx,esi ;TCB的基地址
call fill_descriptor_in_ldt
or cx,0000_0000_0000_0011B ;设置选择子的特权级为3
mov [edi+0x08],cx ;登记堆栈段选择子到头部
;重定位SALT
mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel ;这里和前一章不同，头部段描述符
mov es,eax ;已安装，但还没有生效，故只能通
;过4GB段访问用户程序头部
mov eax,core_data_seg_sel
mov ds,eax
cld
mov ecx,[es:edi+0x24] ;U-SALT条目数(通过访问4GB段取得)
add edi,0x28 ;U-SALT在4GB段内的偏移
.b2:
push ecx
push edi
mov ecx,salt_items
mov esi,salt
.b3:
push edi
push esi
push ecx
mov ecx,64 ;检索表中，每条目的比较次数
repe cmpsd ;每次比较4字节
jnz .b4
mov eax,[esi] ;若匹配，则esi恰好指向其后的地址
mov [es:edi-256],eax ;将字符串改写成偏移地址
mov ax,[esi+4]
or ax,0000000000000011B ;以用户程序自己的特权级使用调用门
;故RPL=3
mov [es:edi-252],ax ;回填调用门选择子
.b4:
pop ecx
pop esi
add esi,salt_item_len
pop edi ;从头比较
loop .b3
pop edi
add edi,256
pop ecx
loop .b2
mov esi,[ebp+11*4] ;从堆栈中取得TCB的基地址
;创建0特权级堆栈
mov ecx,4096
mov eax,ecx ;为生成堆栈高端地址做准备
mov [es:esi+0x1a],ecx
shr dword [es:esi+0x1a],12 ;登记0特权级堆栈尺寸到TCB
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
add eax,ecx ;堆栈必须使用高端地址为基地址
mov [es:esi+0x1e],eax ;登记0特权级堆栈基地址到TCB
mov ebx,0xffffe ;段长度（界限）
mov ecx,0x00c09600 ;4KB粒度，读写，特权级0
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
mov ebx,esi ;TCB的基地址
call fill_descriptor_in_ldt
;or cx,0000_0000_0000_0000 ;设置选择子的特权级为0
mov [es:esi+0x22],cx ;登记0特权级堆栈选择子到TCB
mov dword [es:esi+0x24],0 ;登记0特权级堆栈初始ESP到TCB
;创建1特权级堆栈
mov ecx,4096
mov eax,ecx ;为生成堆栈高端地址做准备
mov [es:esi+0x28],ecx
shr [es:esi+0x28],12 ;登记1特权级堆栈尺寸到TCB
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
add eax,ecx ;堆栈必须使用高端地址为基地址
mov [es:esi+0x2c],eax ;登记1特权级堆栈基地址到TCB
mov ebx,0xffffe ;段长度（界限）
mov ecx,0x00c0b600 ;4KB粒度，读写，特权级1
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
mov ebx,esi ;TCB的基地址
call fill_descriptor_in_ldt
or cx,0000_0000_0000_0001 ;设置选择子的特权级为1
mov [es:esi+0x30],cx ;登记1特权级堆栈选择子到TCB
mov dword [es:esi+0x32],0 ;登记1特权级堆栈初始ESP到TCB
;创建2特权级堆栈
mov ecx,4096
mov eax,ecx ;为生成堆栈高端地址做准备
mov [es:esi+0x36],ecx
shr [es:esi+0x36],12 ;登记2特权级堆栈尺寸到TCB
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
add eax,ecx ;堆栈必须使用高端地址为基地址
mov [es:esi+0x3a],ecx ;登记2特权级堆栈基地址到TCB
mov ebx,0xffffe ;段长度（界限）
mov ecx,0x00c0d600 ;4KB粒度，读写，特权级2
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
mov ebx,esi ;TCB的基地址
call fill_descriptor_in_ldt
or cx,0000_0000_0000_0010 ;设置选择子的特权级为2
mov [es:esi+0x3e],cx ;登记2特权级堆栈选择子到TCB
mov dword [es:esi+0x40],0 ;登记2特权级堆栈初始ESP到TCB
;在GDT中登记LDT描述符
mov eax,[es:esi+0x0c] ;LDT的起始线性地址
movzx ebx,word [es:esi+0x0a] ;LDT段界限
mov ecx,0x00408200 ;LDT描述符，特权级0
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
mov [es:esi+0x10],cx ;登记LDT选择子到TCB中
;创建用户程序的TSS
mov ecx,104 ;tss的基本尺寸
mov [es:esi+0x12],cx
dec word [es:esi+0x12] ;登记TSS界限值到TCB
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
mov [es:esi+0x14],ecx ;登记TSS基地址到TCB
;登记基本的TSS表格内容
mov word [es:ecx+0],0 ;反向链=0
mov edx,[es:esi+0x24] ;登记0特权级堆栈初始ESP
mov [es:ecx+4],edx ;到TSS中
mov dx,[es:esi+0x22] ;登记0特权级堆栈段选择子
mov [es:ecx+8],dx ;到TSS中
mov edx,[es:esi+0x32] ;登记1特权级堆栈初始ESP
mov [es:ecx+12],edx ;到TSS中
mov dx,[es:esi+0x30] ;登记1特权级堆栈段选择子
mov [es:ecx+16],dx ;到TSS中
mov edx,[es:esi+0x40] ;登记2特权级堆栈初始ESP
mov [es:ecx+20],edx ;到TSS中
mov dx,[es:esi+0x3e] ;登记2特权级堆栈段选择子
mov [es:ecx+24],dx ;到TSS中
mov dx,[es:esi+0x10] ;登记任务的LDT选择子
mov [es:ecx+96],dx ;到TSS中
mov dx,[es:esi+0x12] ;登记任务的I/O位图偏移
mov [es:ecx+102],dx ;到TSS中
mov word [es:ecx+100],0 ;T=0
mov dword [es:ecx+28],0 ;登记CR3(PDBR)
;访问用户程序头部，获取数据填充TSS
mov ebx,[ebp+11*4] ;从堆栈中取得TCB的基地址
mov edi,[es:ebx+0x06] ;用户程序加载的基地址
mov edx,[es:edi+0x10] ;登记程序入口点（EIP）
mov [es:ecx+32],edx ;到TSS
mov dx,[es:edi+0x14] ;登记程序代码段（CS）选择子
mov [es:ecx+76],dx ;到TSS中
mov dx,[es:edi+0x08] ;登记程序堆栈段（SS）选择子
mov [es:ecx+80],dx ;到TSS中
mov dx,[es:edi+0x04] ;登记程序数据段（DS）选择子
mov word [es:ecx+84],dx ;到TSS中。注意，它指向程序头部段
mov word [es:ecx+72],0 ;TSS中的ES=0
mov word [es:ecx+88],0 ;TSS中的FS=0
mov word [es:ecx+92],0 ;TSS中的GS=0
pushfd
pop edx
mov dword [es:ecx+36],edx ;EFLAGS
;在GDT中登记TSS描述符
mov eax,[es:esi+0x14] ;TSS的起始线性地址
movzx ebx,word [es:esi+0x12] ;段长度（界限）
mov ecx,0x00408900 ;TSS描述符，特权级0
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
mov [es:esi+0x18],cx ;登记TSS选择子到TCB
pop es ;恢复到调用此过程前的es段
pop ds ;恢复到调用此过程前的ds段
popad
ret 8 ;丢弃调用本过程前压入的参数
;-------------------------------------------------------------------------------
append_to_tcb_link: ;在TCB链上追加任务控制块
;输入：ECX=TCB线性基地址
push eax
push edx
push ds
push es
mov eax,core_data_seg_sel ;令DS指向内核数据段
mov ds,eax
mov eax,mem_0_4_gb_seg_sel ;令ES指向0..4GB段
mov es,eax
mov dword [es: ecx+0x00],0 ;当前TCB指针域清零，以指示这是最
;后一个TCB
mov eax,[tcb_chain] ;TCB表头指针
or eax,eax ;链表为空？
jz .notcb
.searc:
mov edx,eax
mov eax,[es: edx+0x00]
or eax,eax
jnz .searc
mov [es: edx+0x00],ecx
jmp .retpc
.notcb:
mov [tcb_chain],ecx ;若为空表，直接令表头指针指向TCB
.retpc:
pop es
pop ds
pop edx
pop eax
ret
;-------------------------------------------------------------------------------
start:
mov ecx,core_data_seg_sel ;令DS指向核心数据段
mov ds,ecx
mov ecx,mem_0_4_gb_seg_sel ;令ES指向4GB数据段
mov es,ecx
mov ebx,message_1
call sys_routine_seg_sel:put_string
;显示处理器品牌信息
mov eax,0x80000002
cpuid
mov [cpu_brand + 0x00],eax
mov [cpu_brand + 0x04],ebx
mov [cpu_brand + 0x08],ecx
mov [cpu_brand + 0x0c],edx
mov eax,0x80000003
cpuid
mov [cpu_brand + 0x10],eax
mov [cpu_brand + 0x14],ebx
mov [cpu_brand + 0x18],ecx
mov [cpu_brand + 0x1c],edx
mov eax,0x80000004
cpuid
mov [cpu_brand + 0x20],eax
mov [cpu_brand + 0x24],ebx
mov [cpu_brand + 0x28],ecx
mov [cpu_brand + 0x2c],edx
mov ebx,cpu_brnd0 ;显示处理器品牌信息
call sys_routine_seg_sel:put_string
mov ebx,cpu_brand
call sys_routine_seg_sel:put_string
mov ebx,cpu_brnd1
call sys_routine_seg_sel:put_string
;以下开始安装为整个系统服务的调用门。特权级之间的控制转移必须使用门
mov edi,salt ;C-SALT表的起始位置
mov ecx,salt_items ;C-SALT表的条目数量
.b3:
push ecx
mov eax,[edi+256] ;该条目入口点的32位偏移地址
mov bx,[edi+260] ;该条目入口点的段选择子
mov cx,1_11_0_1100_000_00000B ;特权级3的调用门(3以上的特权级才
;允许访问)，0个参数(因为用寄存器
;传递参数，而没有用栈)
call sys_routine_seg_sel:make_gate_descriptor
call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
mov [edi+260],cx ;将返回的门描述符选择子回填
add edi,salt_item_len ;指向下一个C-SALT条目
pop ecx
loop .b3
;对门进行测试
mov ebx,message_2
call far [salt_1+256] ;通过门显示信息(偏移量将被忽略)
;为程序管理器的TSS分配内存空间
mov ecx,104 ;为该任务的TSS分配内存
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
mov [prgman_tss+0x00],ecx ;保存程序管理器的TSS基地址
;在程序管理器的TSS中设置必要的项目
mov word [es:ecx+96],0 ;没有LDT。处理器允许没有LDT的任务。
mov word [es:ecx+102],103 ;没有I/O位图。0特权级事实上不需要。
mov word [es:ecx+0],0 ;反向链=0
mov dword [es:ecx+28],0 ;登记CR3(PDBR)
mov word [es:ecx+100],0 ;T=0
;不需要0、1、2特权级堆栈。0特级不
;会向低特权级转移控制。
;创建TSS描述符，并安装到GDT中
mov eax,ecx ;TSS的起始线性地址
mov ebx,103 ;段长度（界限）
mov ecx,0x00408900 ;TSS描述符，特权级0
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
mov [prgman_tss+0x04],cx ;保存程序管理器的TSS描述符选择子
;任务寄存器TR中的内容是任务存在的标志，该内容也决定了当前任务是谁。
;下面的指令为当前正在执行的0特权级任务“程序管理器”后补手续（TSS）。
ltr cx
;现在可认为“程序管理器”任务正执行中
mov ebx,prgman_msg1
call sys_routine_seg_sel:put_string
mov ecx,0x46
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
call append_to_tcb_link ;将此TCB添加到TCB链中
push dword 50 ;用户程序位于逻辑50扇区
push ecx ;压入任务控制块起始线性地址
call load_relocate_program
call far [es:ecx+0x14] ;执行任务切换。和上一章不同，任务切
;换时要恢复TSS内容，所以在创建任务
;时TSS要填写完整
;重新加载并切换任务
mov ebx,prgman_msg2
call sys_routine_seg_sel:put_string
mov ecx,0x46
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
call append_to_tcb_link ;将此TCB添加到TCB链中
push dword 50 ;用户程序位于逻辑50扇区
push ecx ;压入任务控制块起始线性地址
call load_relocate_program
jmp far [es:ecx+0x14] ;执行任务切换
mov ebx,prgman_msg3
call sys_routine_seg_sel:put_string
hlt
core_code_end:
;-------------------------------------------------------------------------------
SECTION core_trail
;-------------------------------------------------------------------------------
core_end: