知识复习（LDT+TSS+GATE+INTERRUPT）

【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 .

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【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）

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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；

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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
  

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  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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