6. 安裝中斷門和陷阱門

# setup timer & system call interrupt descriptors.movl $0x00080000, %eax movw $timer_interrupt, %axmovw $0x8E00, %dxmovl $0x08, %ecx # The PC default timer int.lea idt(,%ecx,8), %esimovl %eax,(%esi) movl %edx,4(%esi)movw $system_interrupt, %axmovw $0xef00, %dxmovl $0x80, %ecxlea idt(,%ecx,8), %esimovl %eax,(%esi) movl %edx,4(%esi)

中斷門的格式是：

代碼中edx是高32位，eax是低32位

movl $0x00080000, %eax 代碼段的選擇子就緒
movw $timer_interrupt, %ax 偏移15..0就緒
movw $0x8E00, %dx edx的低16位就緒

我的疑問是：edx的高16位呢？

movl $0x08, %ecx
從表格中可以看出BIOS把8253的中斷號設置為8.

lea idt(,%ecx,8), %esi
esi = idt + ecx * 8，計算出第8個中斷門的位置，乘以8是因為一個中斷門描述符占8字節。

movl %eax,(%esi) movl %edx,4(%esi) # 安裝中斷門

此中斷門用于切換任務，每隔10ms切換一次。

中斷門timer_interrupt的代碼是：

timer_interrupt:push %dspushl %eaxmovl $0x10, %eax # 0x10是內核數據段的選擇子mov %ax, %dsmovb $0x20, %aloutb %al, $0x20 # 向8259發送中斷結束(EOI)命令，端口是0x20, 命令字是0x20,不用深究movl $1, %eax # eax=1cmpl %eax, currentje 1f #相等跳轉到1處movl %eax, current # current = 1ljmp $TSS1_SEL, $0 #切換到任務1jmp 2f 1: movl $0, current #切換到任務0ljmp $TSS0_SEL, $0 2: popl %eaxpop %dsiret

ljmp $TSS1_SEL, $0
當處理器執行這條指令時，首先用指令中給出的段選擇子訪問GDT或LDT（這里是GDT），分析它的描述符類型，這里發現是TSS描述符，于是執行任務切換，指令中的偏移量（這里是0）被忽略。

下面是安裝陷阱門。
陷阱門的格式是：

movw $system_interrupt, %ax eax的低16位就緒,高16位在上面已經設置成了代碼段的選擇子
movw $0xef00, %dx DPL=3 的陷阱門

疑問：edx的高16位呢？
movl $0x80, %ecx 系統調用向量號是0x80，這個0x80應該是作者指定的

lea idt(,%ecx,8), %esi #這三句同上，不贅述 movl %eax,(%esi) movl %edx,4(%esi)

這個陷阱門其實是一個系統調用，用AL傳參，把AL代表的字符打印到屏幕上。其內部調用了內核過程write_char

system_interrupt: # 0x80系統調用，把AL中的字符打印到屏幕上push %dspushl %edxpushl %ecxpushl %ebxpushl %eaxmovl $0x10, %edxmov %dx, %ds #以上兩句是否可以不要？？call write_charpopl %eaxpopl %ebxpopl %ecxpopl %edxpop %dsiret

7. 開始執行任務0

# Move to user mode (task 0)pushflandl $0xffffbfff, (%esp)popflmovl $TSS0_SEL, %eaxltr %axmovl $LDT0_SEL, %eaxlldt %ax movl $0, currentstipushl $0x17pushl $init_stackpushflpushl $0x0fpushl $task0iret

上面這段代碼要想說清楚，就說來話長了。

pushfl #把EFLAGS入棧andl $0xffffbfff, (%esp) #設NT=0popfl #加載EFLAGS

上面三行是為了使EFLAGS的NT位=0；為什么要這樣做呢？因為后面要用iret指令返回，當返回的時候，如果NT=1，表示返回到前一個任務，而這種情況不是我們想要的。

movl $TSS0_SEL, %eax #TSS0_SEL是任務0的TSS選擇子ltr %ax

以上兩行是把任務0的TSS選擇子裝入任務寄存器TR；
LTR指令的格式是

ltr r/m16

操作數是16位的通用寄存器或者是指向16位單元的內存地址。TSS選擇子是16位的，所以沒有用eax，而用ax； LLDT指令用法類似。

movl $LDT0_SEL, %eaxlldt %ax #把任務0的LDT段選擇子裝入LDTR（局部描述符表寄存器）movl $0, current #表示當前運行的是任務0sti #開中斷

7.1 中斷處理過程

咱們先復習一下異常或中斷的處理過程。
當目標代碼段描述符的DPL（可以用門描述符中的段選擇子，從GDT或LDT中找到）在數值上<=CPL（當前特權級）時，才允許將控制轉移到中斷或異常處理程序。

如果 DPL < CPL，將發生棧切換。棧切換的過程：
（1）根據DPL，從當前任務的TSS中取得對應的SS和ESP，作為中斷或異常處理過程使用的SS和ESP（新棧）。
（2）處理器把舊棧的選擇子和棧指針壓入新棧。
（3）把EFLAGS、CS、EIP壓入新棧。
（4）對于有錯誤碼的異常，還要把錯誤代碼壓入新棧（我們模擬返回的時候沒有錯誤碼）。

有了上面的鋪墊，我們可以繼續看代碼了。

pushl $0x17 #把任務0的局部空間數據段（也是棧段）選擇子入棧pushl $init_stack #把任務0的ESP入棧pushfl #把EFLAGS入棧pushl $0x0f #把任務0的代碼段選擇子入棧pushl $task0 #把任務0的EIP入棧iret #環境已經設置完畢，這里模擬從中斷返回，返回后開始執行任務0，其特權級為3

7.2 中斷返回過程

先不管后面的操作數是怎么來的，總之壓棧該壓什么，順序是什么我們理解了。接下來看看IRET指令。這個指令的含義，我首先看了Intel指令集手冊，感覺說得很復雜，某些地方還有歧義。我不甘心，又搜了很多網上的資料，沒有一個令我滿意。最后，我打算用AMD的解釋，因為很簡明：

IRET, Less Privilege. If an IRET changes privilege levels, the return program must be at a lower privilege than the interrupt handler. The IRET in this case causes a stack switch to occur:

The return pointer is popped off of the stack, loading both the CS register and EIP register with the saved values. The return code-segment RPL is read by the processor from the CS value stored on the stack to determine that a lower-privilege control transfer is occurring.

The saved EFLAGS image is popped off of the stack and loaded into the EFLAGS register.

The return-program stack pointer is popped off of the stack, loading both the SS register and ESP register with the saved values.

Control is transferred to the return program at the target CS:EIP.

說到這里，文件head.s的主體就完了。

8. 任務0的LDT

ldt0: .quad 0x0000000000000000.quad 0x00c0fa00000003ff # 0x0f.quad 0x00c0f200000003ff # 0x17

任務0的局部描述符表分析如下：

索引號描述符類型基地址段界限粒度PDPL備注選擇子

0	空描述符	-	-	-	-	-	-	-
1	代碼段	0	0X3FF	4KB	1	3	代碼段，非一致性，可讀	0x0F
2	數據段	0	0X3FF	4KB	1	3	數據段，向上擴展，可寫	0x17

為了少耗費點腦細胞，我寫了一個C語言的小程序，專門用來分析各種類型的段描述符，拿走不謝。
http://blog.csdn.net/longintchar/article/details/78881396
運行截圖如下：

9. 任務0的TSS

tss0: .long 0 /* back link */.long krn_stk0, 0x10 /* esp0, ss0*/.long 0, 0, 0, 0, 0 /* esp1, ss1, esp2, ss2, cr3 */.long 0, 0, 0, 0, 0 /* eip, eflags, eax, ecx, edx */.long 0, 0, 0, 0, 0 /* ebx esp, ebp, esi, edi */.long 0, 0, 0, 0, 0, 0 /* es, cs, ss, ds, fs, gs */.long LDT0_SEL, 0x8000000 /* ldt, trace bitmap */.fill 128,4,0 krn_stk0:

以上填0的字段就不分析了，我們重點看看非0字段。
krn_stk0是ESP0，就在代碼的最后一行。
0x10是內核數據段的選擇子。
LDT0_SEL是任務0的LDT的選擇子，數值上 = 0x28，在GDT中有定義。

復習一下，GDT中的描述符。

索引號選擇子描述符類型基地址段界限粒度PDPL備注

1	0x08	代碼段	0	0X7FF	4KB	1	0	內核代碼段，非一致性，可讀
2	0x10	數據段	0	0X7FF	4KB	1	0	內核數據段，向上擴展，可寫
3	0x18	數據段	0XB8000	0X2	4KB	1	0	內核顯存段，向上擴展，可寫
4	0x20	TSS段	tss0	0X68	1B	1	3	任務0的TSS段，不忙
5	0x28	LDT段	ldt0	0X40	1B	1	3	任務0的LDT描述符
6	0x30	TSS段	tss1	0X68	1B	1	3	任務1的TSS段，不忙
7	0x38	LDT段	ldt1	0X40	1B	1	3	任務1的LDT描述符

0x8000000是I/O許可位串。如果這個值大于或者等于TSS的段界限（在TSS描述符中），則表明沒有I/O許可位串。因為TSS的段界限是0x68，所以表示沒有許可位串。

10. 任務1的TSS

tss1: .long 0 /* back link */.long krn_stk1, 0x10 /* esp0, ss0 */.long 0, 0, 0, 0, 0 /* esp1, ss1, esp2, ss2, cr3 */.long task1, 0x200 /* eip, eflags */.long 0, 0, 0, 0 /* eax, ecx, edx, ebx */.long usr_stk1, 0, 0, 0 /* esp, ebp, esi, edi */.long 0x17,0x0f,0x17,0x17,0x17,0x17 /* es, cs, ss, ds, fs, gs */.long LDT1_SEL, 0x8000000 /* ldt, trace bitmap */.fill 128,4,0 krn_stk1:

和任務0相比，任務1的TSS有幾點不同。
（1）. eip和eflags不是0，而是task1和0x200，task1是任務1代碼的入口點，當任務0首次被時鐘中斷打斷時，將會切換到任務1，這時CPU把tss1作為任務1的EIP初始值。同理，0x200作為任務1的eflags初始值。為什么eflags初始值是0x200呢？根據下圖，可以知道eflags中IF為1，表示允許中斷。必須要允許中斷，因為任務切換靠中斷實現。

【System Flags in the EFLAGS Register】

（2）. 任務0的esp=0，ss=0，任務1的esp=usr_stk1，ss=0x17。這是因為TSS中的esp和ss對應的特權級別是3，任務0的esp、ss的初始值通過iret指令從棧中獲取，而任務1的要從TSS中獲取。
（3）. 任務0的es,cs,ds,fs,gs都為0，任務1的es=ds=fs=gs=0x17，cs=0x0f，道理同上，任務0的cs初始值從棧中獲得，任務1的所有段寄存器的初始值都從TSS中獲得。

下圖是32位任務狀態段（TSS）的格式，貼出來方便復習。

11. 任務0的代碼段

task0:movl $0x17, %eax #0x17是任務0的數據段的選擇子movw %ax, %ds #因為任務0沒有用到局部數據段，所以這兩句可以不要movb $65, %al # print 'A' int $0x80 # 系統調用movl $0xfff, %ecx 1: loop 1b # 為了延時jmp task0 # 死循環

任務1的代碼段類似，不再贅述。

用了3篇博文，基本把代碼說完了。下篇文章打算修改幾個地方并做實驗。

【未完待續】

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Linux-0.00 代码解析（三）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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