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 任務(wù)門(mén)，調(diào)用門(mén)，中斷門(mén)，陷阱門(mén)每個(gè)任務(wù)有一個(gè)任務(wù)狀態(tài)段TSS，用于保存任務(wù)的有關(guān)信息，在任務(wù)內(nèi)變換特權(quán)級(jí)和任務(wù)切換時(shí)，要用到這些信息。為了控制任務(wù)內(nèi)發(fā)生特權(quán)級(jí)變換的轉(zhuǎn)移，為了控制任務(wù)切換，一般要通過(guò)控制門(mén)進(jìn)行這些轉(zhuǎn)移。本文將介紹任務(wù)狀態(tài)段和控制門(mén)。<一>系統(tǒng)段描述符系統(tǒng)段是為了實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理機(jī)制所使用的一種特別的段。在80386中，有兩種系統(tǒng)段：任務(wù)狀態(tài)段TSS和局部描述符表LDT段。用于描述系統(tǒng)段的描述符稱(chēng)為系統(tǒng)段描述符。1.系統(tǒng)段描述符的格式系統(tǒng)段描述符的一般格式如下表所示。系統(tǒng)段描述符m+7m+6m+5m+4m+3m+2m+1m+0Base(31...24)AttributesSegment Base(23...0)Segment Limite(15...0)系統(tǒng)段描述符的屬性Byte m+6Byte m+5BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0GX0AVLLimit(19...16)PDPLDT0TYPE與存儲(chǔ)段描述符相比，它們很相似，區(qū)分的標(biāo)志是屬性字節(jié)中的描述符類(lèi)型位DT的值。DT=1表示存儲(chǔ)段，DT=0表示系統(tǒng)段。系統(tǒng)段描述符中的段基地址和段界限字段與存儲(chǔ)段描述符中的意義完全相同；屬性中的G位、AVL位、P位和DPL字段的作用也完全相同。存儲(chǔ)段描述符屬性中的D位在系統(tǒng)段描述符中不使用，現(xiàn)用符號(hào)X表示。系統(tǒng)段描述符的類(lèi)型字段TYPE仍是4位，其編碼及表示的類(lèi)型列于下表，其含義與存儲(chǔ)段描述符的類(lèi)型卻完全不同。系統(tǒng)段類(lèi)   型類(lèi)型編碼說(shuō)       明0未定義1可用286TSS2LDT3忙的286TSS4286調(diào)用門(mén)5任務(wù)門(mén)6286中斷門(mén)7286陷阱門(mén)系統(tǒng)段類(lèi)   型類(lèi)型編碼說(shuō)       明8未定義9可用386TSSA未定義B忙的386TSSC386調(diào)用門(mén)D未定義E386中斷門(mén)F386陷阱門(mén)從上表可見(jiàn)，只有類(lèi)型編碼為2、1、3、9和B的描述符才是真正的系統(tǒng)段描述符，它們用于描述系統(tǒng)段LDT和任務(wù)狀態(tài)段TSS，其它類(lèi)型的描述符是門(mén)描述符。利用前文定義的存儲(chǔ)段描述符結(jié)構(gòu)類(lèi)型DESC仍能方便地在程序中說(shuō)明系統(tǒng)段描述符。需要注意的是，系統(tǒng)段描述符的選擇子不能用來(lái)讀寫(xiě)系統(tǒng)段，要想讀寫(xiě)系統(tǒng)段，必須使用別名技術(shù)。2.LDT段描述符LDT段描述符描述任務(wù)的局部描述符表段。例如：下面的描述符LDTABLE描述一個(gè)局部描述符表段，基地址是654321H，以字節(jié)為單位的界限是1FH，描述符特權(quán)級(jí)是0。LDTABLE DESC <1FH,4321H,65H,82H,,>LDT段描述符必須安排在全局描述符表中才有效。在裝載LDTR寄存器時(shí)，描述符中的LDT段基地址和段界限等信息被裝入LDT段描述符高速緩沖寄存器中。3.任務(wù)狀態(tài)段描述符任務(wù)狀態(tài)段TSS用于保存任務(wù)的各種狀態(tài)信息。任務(wù)狀態(tài)段描述符描述某個(gè)任務(wù)狀態(tài)段TSS描述符分為286TSS和386TSS兩類(lèi)。TSS描述符規(guī)定了任務(wù)狀態(tài)段的基地址和任務(wù)狀態(tài)段的大小等信息。例如，下面的描述符TempTask描述一個(gè)可用的386任務(wù)狀態(tài)段，基地址是123456H，以字節(jié)為單位的界限是104，描述符特權(quán)級(jí)是0。TempTask DESC <104,3456H,12H,89H,,>在裝載任務(wù)狀態(tài)段寄存器TR時(shí)，描述符中的段基地址和段界限等信息被裝入到TR的高速緩沖寄存器中。在任務(wù)切換或執(zhí)行LTR指令時(shí)，要裝載TR寄存器。TSS描述符中的類(lèi)型規(guī)定：TSS要么為“忙”，要么為“可用”。如果一個(gè)任務(wù)是當(dāng)前正執(zhí)行的任務(wù)，或者是用TSS中的鏈接字段沿掛起任務(wù)鏈接到當(dāng)前任務(wù)上的任務(wù)，那么該任務(wù)是“忙”的任務(wù)；否則該任務(wù)為“可用”任務(wù)。利用段間轉(zhuǎn)移指令JMP和段間調(diào)用指令CALL，直接通過(guò)TSS描述符或通過(guò)任務(wù)門(mén)可實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。<二>門(mén)描述符除存儲(chǔ)段描述符和系統(tǒng)段描述符外，還有一類(lèi)門(mén)描述符。門(mén)描述符并不描述某種內(nèi)存段，而是描述控制轉(zhuǎn)移的入口點(diǎn)。這種描述符好比一個(gè)同向另一代碼段的門(mén)。通過(guò)這種門(mén)，可實(shí)現(xiàn)任務(wù)內(nèi)特權(quán)級(jí)的變換和任務(wù)間的切換。所以，這種門(mén)描述符也稱(chēng)為控制門(mén)。1.門(mén)描述符的一般格式門(mén)描述符的一般格式如下圖所示。門(mén)描述符只有位于描述符內(nèi)偏移5的類(lèi)型字節(jié)與系統(tǒng)段保持一致，也由該字節(jié)標(biāo)示門(mén)描述符和系統(tǒng)段描述符。該字節(jié)內(nèi)的P和DPL的意義與其它描述符種中的意義相同。其它字節(jié)主要用于存放一個(gè)48位的全指針(16位的選擇子和32位的偏移量)。門(mén)描述符m+7m+6m+5m+4m+3m+2m+1m+0Offset(31...16)AttributesSelectorOffset(15...0)門(mén)描述符屬性Byte m+5Byte m+4BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0BIT7BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BIT0PDPLDT0TYPE000Dword Count根據(jù)上圖給出的門(mén)描述符的結(jié)構(gòu)，可定義如下的門(mén)描述符結(jié)構(gòu)類(lèi)型：GATE STRUC ;門(mén)結(jié)構(gòu)類(lèi)型定義 OFFSETL DW 0 ;32位偏移的低16位 SELECTOR DW 0 ;選擇子 DCOUNT DB 0 ;雙字計(jì)數(shù)字段 GTYPE DB 0 ;類(lèi)型 OFFSETH DW 0 ;32位偏移的高16位 GATE ENDS利用門(mén)描述符結(jié)構(gòu)類(lèi)型GATE能方便地在程序中說(shuō)明門(mén)描述符。例如，下面的門(mén)描述符SUBRG描述一個(gè)386調(diào)用門(mén)，門(mén)內(nèi)的選擇子是10H，入口偏移是123456H，門(mén)描述符特權(quán)級(jí)是3，雙字計(jì)數(shù)是0。SUBRG GATE <3456,10H,,8CH+60H,12H>從上述描述符類(lèi)型的列表中可見(jiàn)，門(mén)描述符又可分為：任務(wù)門(mén)、調(diào)用門(mén)、中斷門(mén)和陷阱門(mén)，并且除任務(wù)門(mén)外，其它描述符還各分成286和386兩種。2.調(diào)用門(mén)調(diào)用門(mén)描述某個(gè)子程序的入口。調(diào)用門(mén)內(nèi)的選擇子必須實(shí)現(xiàn)代碼段描述符，調(diào)用門(mén)內(nèi)的偏移是對(duì)應(yīng)代碼段內(nèi)的偏移。利用段間調(diào)用指令CALL，通過(guò)調(diào)用門(mén)可實(shí)現(xiàn)任務(wù)內(nèi)從外層特權(quán)級(jí)變換到內(nèi)層特權(quán)級(jí)。在上圖所示的門(mén)描述符內(nèi)偏移4字節(jié)的位0至位4是雙字計(jì)數(shù)字段，該字段只在調(diào)用門(mén)描述符中有效，在其它門(mén)描述符中無(wú)效。主程序通過(guò)堆棧把入口參數(shù)傳遞給子程序，如果在利用調(diào)用門(mén)調(diào)用子程序時(shí)引起特權(quán)級(jí)的轉(zhuǎn)換和堆棧的改變，那么就需要將外層堆棧中的參數(shù)復(fù)制到內(nèi)層堆棧。該雙字計(jì)數(shù)字段就是用于說(shuō)明這種情況發(fā)生時(shí)，要復(fù)制的雙字參數(shù)的數(shù)量。3.任務(wù)門(mén)任務(wù)門(mén)指示任務(wù)。任務(wù)門(mén)內(nèi)的選擇子必須指示GDT中的任務(wù)狀態(tài)段TSS描述符，門(mén)中的偏移無(wú)意義。任務(wù)的入口點(diǎn)保存在TSS中。利用段間轉(zhuǎn)移指令JMP和段間調(diào)用指令CALL，通過(guò)任務(wù)門(mén)可實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換。4.中斷門(mén)和陷阱門(mén)中斷門(mén)和陷阱門(mén)描述中斷/異常處理程序的人口點(diǎn)。中斷門(mén)和陷阱門(mén)內(nèi)的選擇子必須指向代碼段描述符，門(mén)內(nèi)的偏移就是對(duì)應(yīng)代碼段的人口點(diǎn)的偏移。中斷門(mén)和陷阱門(mén)只有在中斷描述符表IDT中才有效。關(guān)于中斷門(mén)和陷阱門(mén)的區(qū)別將在以后的文章中論述。<三>任務(wù)狀態(tài)段任務(wù)狀態(tài)段(Task State Segment)是保存一個(gè)任務(wù)重要信息的特殊段。任務(wù)狀態(tài)段描述符用于描述這樣的系統(tǒng)段。任務(wù)狀態(tài)段寄存器TR的可見(jiàn)部分含有當(dāng)前任務(wù)的任務(wù)狀態(tài)段描述符的選擇子，TR的不可見(jiàn)的高速緩沖寄存器部分含有當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)段的段基地址和段界限等信息。TSS在任務(wù)切換過(guò)程中起著重要作用，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)任務(wù)的掛起和恢復(fù)。所謂任務(wù)切換是指，掛起當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)，恢復(fù)或啟動(dòng)另一任務(wù)的執(zhí)行。在任務(wù)切換過(guò)程中，首先，處理器中各寄存器的當(dāng)前值被自動(dòng)保存到TR所指定的TSS中；然后，下一任務(wù)的TSS的選擇子被裝入TR；最后，從TR所指定的TSS中取出各寄存器的值送到處理器的各寄存器中。由此可見(jiàn)，通過(guò)在TSS中保存任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)各寄存器狀態(tài)的完整映象，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的切換。任務(wù)狀態(tài)段TSS的基本格式如下圖所示。任務(wù)狀態(tài)段基本部分的格式BIT31—BIT16BIT15—BIT1BIT0Offset0000000000000000鏈接字段0ESP040000000000000000SS08ESP10CH0000000000000000SS110HESP214H0000000000000000SS218HCR31CHEIP20HEFLAGS24HEAX28HECX2CHEDX30HEBX34HESP38HEBP3CHESI40HEDI44H0000000000000000ES48H0000000000000000CS4CH0000000000000000SS50H0000000000000000DS54H0000000000000000FS58H0000000000000000GS5CH0000000000000000LDTR60HI/O許可位圖偏移000000000000000T64H從圖中可見(jiàn)，TSS的基本格式由104字節(jié)組成。這104字節(jié)的基本格式是不可改變的，但在此之外系統(tǒng)軟件還可定義若干附加信息?；镜?04字節(jié)可分為鏈接字段區(qū)域、內(nèi)層堆棧指針區(qū)域、地址映射寄存器區(qū)域、寄存器保存區(qū)域和其它字段等五個(gè)區(qū)域。1.寄存器保存區(qū)域寄存器保存區(qū)域位于TSS內(nèi)偏移20H至5FH處，用于保存通用寄存器、段寄存器、指令指針和標(biāo)志寄存器。當(dāng)TSS對(duì)應(yīng)的任務(wù)正在執(zhí)行時(shí)，保存區(qū)域是未定義的；在當(dāng)前任務(wù)被切換出時(shí)，這些寄存器的當(dāng)前值就保存在該區(qū)域。當(dāng)下次切換回原任務(wù)時(shí)，再?gòu)谋４鎱^(qū)域恢復(fù)出這些寄存器的值，從而，使處理器恢復(fù)成該任務(wù)換出前的狀態(tài)，最終使任務(wù)能夠恢復(fù)執(zhí)行。從上圖可見(jiàn)，各通用寄存器對(duì)應(yīng)一個(gè)32位的雙字，指令指針和標(biāo)志寄存器各對(duì)應(yīng)一個(gè)32位的雙字；各段寄存器也對(duì)應(yīng)一個(gè)32位的雙字，段寄存器中的選擇子只有16位，安排再雙字的低16位，高16位未用，一般應(yīng)填為0。2.內(nèi)層堆棧指針區(qū)域為了有效地實(shí)現(xiàn)保護(hù)，同一個(gè)任務(wù)在不同的特權(quán)級(jí)下使用不同的堆棧。例如，當(dāng)從外層特權(quán)級(jí)3變換到內(nèi)層特權(quán)級(jí)0時(shí)，任務(wù)使用的堆棧也同時(shí)從3級(jí)變換到0級(jí)堆棧；當(dāng)從內(nèi)層特權(quán)級(jí)0變換到外層特權(quán)級(jí)3時(shí)，任務(wù)使用的堆棧也同時(shí)從0級(jí)堆棧變換到3級(jí)堆棧。所以，一個(gè)任務(wù)可能具有四個(gè)堆棧，對(duì)應(yīng)四個(gè)特權(quán)級(jí)。四個(gè)堆棧需要四個(gè)堆棧指針。TSS的內(nèi)層堆棧指針區(qū)域中有三個(gè)堆棧指針，它們都是48位的全指針(16位的選擇子和32位的偏移)，分別指向0級(jí)、1級(jí)和2級(jí)堆棧的棧頂，依次存放在TSS中偏移為4、12及20開(kāi)始的位置。當(dāng)發(fā)生向內(nèi)層轉(zhuǎn)移時(shí)，把適當(dāng)?shù)亩褩Ｖ羔樠b入SS及ESP寄存器以變換到內(nèi)層堆棧，外層堆棧的指針保存在內(nèi)層堆棧中。沒(méi)有指向3級(jí)堆棧的指針，因?yàn)?級(jí)是最外層，所以任何一個(gè)向內(nèi)層的轉(zhuǎn)移都不可能轉(zhuǎn)移到3級(jí)。但是，當(dāng)特權(quán)級(jí)由內(nèi)層向外層變換時(shí)，并不把內(nèi)層堆棧的指針保存到TSS的內(nèi)層堆棧指針區(qū)域。實(shí)際上，處理器從不向該區(qū)域進(jìn)行寫(xiě)入，除非程序設(shè)計(jì)者認(rèn)為改變?cè)搮^(qū)域的值。這表明向內(nèi)層轉(zhuǎn)移時(shí)，總是把內(nèi)層堆棧認(rèn)為是一個(gè)空棧。因此，不允許發(fā)生同級(jí)內(nèi)層轉(zhuǎn)移的遞歸，一旦發(fā)生向某級(jí)內(nèi)層的轉(zhuǎn)移，那么返回到外層的正常途徑是相匹配的向外層返回。3.地址映射寄存器區(qū)域從虛擬地址空間到線性地址空間的映射由GDT和LDT確定，與特定任務(wù)相關(guān)的部分由LDT確定，而LDT又由LDTR確定。如果采用分頁(yè)機(jī)制，那么由線性地址空間到物理地址空間的映射由包含頁(yè)目錄表起始物理地址的控制寄存器CR3確定。所以，與特定任務(wù)相關(guān)的虛擬地址空間到物理地址空間的映射由LDTR和CR3確定。顯然，隨著任務(wù)的切換，地址映射關(guān)系也要切換。TSS的地址映射寄存器區(qū)域由位于偏移1CH處的雙字字段(CR3)和位于偏移60H處的字字段(LDTR)組成。在任務(wù)切換時(shí)，處理器自動(dòng)從要執(zhí)行任務(wù)的TSS中取出這兩個(gè)字段，分別裝入到寄存器CR3和LDTR。這樣就改變了虛擬地址空間到物理地址空間的映射。但是，在任務(wù)切換時(shí)，處理器并不把換出任務(wù)但是的寄存器CR3和LDTR的內(nèi)容保存到TSS中的地址映射寄存器區(qū)域。事實(shí)上，處理器也從來(lái)不向該區(qū)域自動(dòng)寫(xiě)入。因此，如果程序改變了LDTR或CR3，那么必須把新值人為地保存到TSS中的地址映射寄存器區(qū)域相應(yīng)字段中?？梢酝ㄟ^(guò)別名技術(shù)實(shí)現(xiàn)此功能。4.鏈接字段鏈接字段安排在TSS內(nèi)偏移0開(kāi)始的雙字中，其高16位未用。在起鏈接作用時(shí)，地16位保存前一任務(wù)的TSS描述符的選擇子。如果當(dāng)前的任務(wù)由段間調(diào)用指令CALL或中斷/異常而激活，那么鏈接字段保存被掛起任務(wù)的 TSS的選擇子，并且標(biāo)志寄存器EFLAGS中的NT位被置1，使鏈接字段有效。在返回時(shí)，由于NT標(biāo)志位為1，返回指令RET或中斷返回指令I(lǐng)RET將使得控制沿鏈接字段所指恢復(fù)到鏈上的前一個(gè)任務(wù)。5.其它字段為了實(shí)現(xiàn)輸入/輸出保護(hù)，要使用I/O許可位圖。任務(wù)使用的I/O許可位圖也存放在TSS中，作為T(mén)SS的擴(kuò)展部分。在TSS內(nèi)偏移66H處的字用于存放I/O許可位圖在TSS內(nèi)的偏移(從TSS開(kāi)頭開(kāi)始計(jì)算)。關(guān)于I/O許可位圖的作用，以后的文章中將會(huì)詳細(xì)介紹。在TSS內(nèi)偏移64H處的字是為任務(wù)提供的特別屬性。在80386中，只定義了一種屬性，即調(diào)試陷阱。該屬性是字的最低位，用T表示。該字的其它位置被保留，必須被置為0。在發(fā)生任務(wù)切換時(shí)，如果進(jìn)入任務(wù)的T位為1，那么在任務(wù)切換完成之后，新任務(wù)的第一條指令執(zhí)行之前產(chǎn)生調(diào)試陷阱。6.用結(jié)構(gòu)類(lèi)型定義TSS根據(jù)上圖給出的任務(wù)狀態(tài)段TSS的結(jié)構(gòu)，可定義如下的TSS結(jié)構(gòu)類(lèi)型：;----------------------------------------------------------------------------;任務(wù)狀態(tài)段結(jié)構(gòu)類(lèi)型定義;----------------------------------------------------------------------------TSS STRUCTRLink DW 0 ;鏈接字段 DW 0 ;不使用,置為0TRESP0 DD 0 ;0級(jí)堆棧指針TRSS0 DW 0 ;0級(jí)堆棧段寄存器 DW 0 ;不使用,置為0TRESP1 DD 0 ;1級(jí)堆棧指針TRSS1 DW 0 ;1級(jí)堆棧段寄存器 DW 0 ;不使用,置為0TRESP2 DD 0 ;2級(jí)堆棧指針TRSS2 DW 0 ;2級(jí)堆棧段寄存器 DW 0 ;不使用,置為0TRCR3 DD 0 ;CR3TREIP DD 0 ;EIPTREFlag DD 0 ;EFLAGSTREAX DD 0 ;EAXTRECX DD 0 ;ECXTREDX DD 0 ;EDXTREBX DD 0 ;EBXTRESP DD 0 ;ESPTREBP DD 0 ;EBPTRESI DD 0 ;ESITREDI DD 0 ;EDITRES DW 0 ;ES DW 0 ;不使用,置為0TRCS DW 0 ;CS DW 0 ;不使用,置為0TRSS DW 0 ;SS DW 0 ;不使用,置為0TRDS DW 0 ;DS DW 0 ;不使用,置為0TRFS DW 0 ;FS DW 0 ;不使用,置為0TRGS DW 0 ;GS DW 0 ;不使用,置為0TRLDTR DW 0 ;LDTR DW 0 ;不使用,置為0TRTrip DW 0 ;調(diào)試陷阱標(biāo)志(只用位0)TRIOMap DW $+2 ;指向I/O許可位圖區(qū)的段內(nèi)偏移TSS ENDS