上一篇文章學(xué)習(xí)了：保護(hù)模式七：調(diào)用門與依從的代碼段----特權(quán)級(jí)保護(hù)
主要學(xué)習(xí)了以下內(nèi)容：

描述符特權(quán)級(jí)（目標(biāo)對(duì)象的特權(quán)級(jí)）DPL

• 描述符特權(quán)級(jí)（目標(biāo)對(duì)象的特權(quán)級(jí)）DPL

• 當(dāng)前特權(quán)級(jí)CPL

• 低特權(quán)級(jí)的應(yīng)用調(diào)用高特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)代碼的兩種方法

  • 第一種方法是將高特權(quán)級(jí)的代碼段定義為依從的
  • 第二種方法是使用調(diào)用門

• 請(qǐng)求特權(quán)級(jí)RPL

今天接著上一篇文章學(xué)習(xí)：

• 任務(wù)切換的方法

1、回顧

從80286開始，處理器是面向多任務(wù)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。在一個(gè)多任務(wù)的環(huán)境中，可以同時(shí)存在多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)都有自己的局部描述符（LDT）和任務(wù)狀態(tài)段（TSS）?？梢栽诙鄠€(gè)任務(wù)之間切換，使它們輪流執(zhí)行，從一個(gè)任務(wù)切換到另一個(gè)任務(wù)時(shí)，具體的切換過程是處理器固件負(fù)責(zé)進(jìn)行。

但是什么時(shí)候切換到另一個(gè)任務(wù)，以及切換到哪一個(gè)任務(wù)，這是操作系統(tǒng)的責(zé)任，處理器只負(fù)責(zé)具體的切換過程，包括保護(hù)前一個(gè)任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)。

有兩個(gè)基本的任務(wù)切換方法，一種是協(xié)同式的，從一個(gè)任務(wù)切換到另一個(gè)任務(wù)時(shí)，需要當(dāng)前任務(wù)主動(dòng)的請(qǐng)求暫時(shí)放棄執(zhí)行權(quán)，或者在通過調(diào)用門請(qǐng)求操作系統(tǒng)服務(wù)時(shí)（系統(tǒng)會(huì)調(diào)用），由操作系統(tǒng)‘趁機(jī)’將控制轉(zhuǎn)移到另一個(gè)任務(wù)。

另一種方式是搶占式的。在這種情況下，可以安裝一個(gè)定時(shí)器，并在中斷服務(wù)程序中實(shí)施任務(wù)切換。硬件中斷信號(hào)總會(huì)出現(xiàn)，不管處理器當(dāng)時(shí)在做什么，中斷總會(huì)按時(shí)到來，而任務(wù)切換就能準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行。在這種情況下，每個(gè)任務(wù)都能獲得平等的執(zhí)行機(jī)會(huì)。搶占式多任務(wù)將放在后面：保護(hù)模式八進(jìn)行學(xué)習(xí)。這里我們只學(xué)習(xí)多任務(wù)切換的一般工作原理。

2、任務(wù)切與特權(quán)級(jí)控制轉(zhuǎn)移的區(qū)別

在上一篇文章點(diǎn)擊查看。我們學(xué)習(xí)了特權(quán)級(jí)相關(guān)的概念。知道了特權(quán)級(jí)實(shí)際上是針對(duì)同一個(gè)任務(wù)的局部空間與全局空間之間的控制轉(zhuǎn)移保護(hù)而存在的。注意，我們說特權(quán)級(jí)是針對(duì)同一個(gè)任務(wù)的，這一點(diǎn)需要理解，因?yàn)椴煌娜蝿?wù)之間就算特權(quán)級(jí)不一樣，也是可以進(jìn)行人去切換的。比如用戶線程與內(nèi)核線程，這肯定是可以進(jìn)行切換的。

上面的怎么理解呢？

實(shí)際上，操作系統(tǒng)出了為每一個(gè)任務(wù)提供服務(wù)外，也會(huì)有一個(gè)作為任務(wù)而獨(dú)立存在的部分，而且是0特權(quán)級(jí)的任務(wù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)進(jìn)入保護(hù)模式，直接創(chuàng)建和執(zhí)行操作系統(tǒng)的0特權(quán)級(jí)任務(wù)，然后可以從該任務(wù)切換到其他任務(wù)，不管它們是哪個(gè)特權(quán)級(jí)的。

如下圖是一個(gè)任務(wù)切換和在任務(wù)內(nèi)進(jìn)行特權(quán)級(jí)間的控制轉(zhuǎn)移示意圖：

很明顯，任務(wù)切換與特權(quán)級(jí)控制轉(zhuǎn)移不是一回事！！！

3、任務(wù)切換的方法

3.1 借助于中斷—任務(wù)門

這是現(xiàn)代搶占式多任務(wù)的基礎(chǔ)。原因很簡(jiǎn)單，只要中斷沒有被屏蔽，它就能隨時(shí)發(fā)生。特別是定時(shí)器中斷，能夠以準(zhǔn)確的時(shí)間間隔發(fā)生，可以用來強(qiáng)制實(shí)施任務(wù)切換。

我們知道在實(shí)模式下，內(nèi)存最低地址端的1KB是中斷向量表，保存著256個(gè)中斷處理過程的段地址和偏移地址。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，處理器把中斷號(hào)乘以4，作為索引號(hào)訪問中斷向量表，從相應(yīng)的位置取出中斷處理過程的段地址和偏移地址，并轉(zhuǎn)移到那里執(zhí)行，

而在保護(hù)模式下，中斷向量表不再使用，取而代之的是中斷描述符表。它和GDT,LDT是一樣的，用于保存描述符。它保存的是門描述符。 包括中斷門，陷阱門和任務(wù)門。這些門和我們之前學(xué)過的調(diào)用門非常類似。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，處理器用中斷向量表乘以8（因?yàn)槊總€(gè)描述符占8字節(jié)），作為索引訪問中斷描述符表，取出門描述符。門描述符中有中斷處理過程的代碼段選擇子和段內(nèi)偏移量，這和調(diào)用門是一樣的。接著，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)位置去執(zhí)行。

一般的中斷處理可以使用中斷門和陷阱門。它們兩的本質(zhì)與調(diào)用門類似，都是任務(wù)內(nèi)的控制轉(zhuǎn)移。從任務(wù)的局部空間轉(zhuǎn)移大全局空間。

但是當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，中斷號(hào)對(duì)應(yīng)的是任務(wù)門，那就不一樣了。此時(shí)就是進(jìn)行任務(wù)切換-----即終止當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行，切換到另一個(gè)任務(wù)執(zhí)行。

如下圖是一個(gè)任務(wù)門描述符的格式：

其中：

• TSS選擇子： 執(zhí)行任務(wù)切換時(shí)，必須找到新任務(wù)的選擇子。
• P位：任務(wù)門的P位指示該門是否有效，p=0時(shí)，不允許使用此門實(shí)施任務(wù)切換；
• DPL：任務(wù)門描述符的特權(quán)級(jí)，但是對(duì)因中斷而發(fā)起的任務(wù)切換不起作用，處理器不按特權(quán)級(jí)施加任何保護(hù)。當(dāng)以非中斷的方式使用任務(wù)門進(jìn)行任務(wù)切換，就需要用到DPL

下面總體概述一下如何使用任務(wù)門來進(jìn)行任務(wù)切換：

當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，處理器用中斷號(hào)乘以8作為索引訪問中斷描述符表。當(dāng)它發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)任務(wù)門描述符時(shí)，就知道應(yīng)當(dāng)發(fā)起任務(wù)切換。

取出任務(wù)門描述符。

從任務(wù)門描述符中取出新任務(wù)的TSS選擇子；

再用TSS選擇子訪問GDT，取出新任務(wù)的TSS描述符

在執(zhí)行新任務(wù)前，處理器會(huì)把當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)保存起來。也就是將當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)保存到TR寄存器指向的TSS狀態(tài)段。

然后處理器訪問新任務(wù)的狀態(tài)段TSS，并從中恢復(fù)各個(gè)寄存器的內(nèi)容，包括通用寄存器、標(biāo)志寄存器EFLAGS、段寄存器、指令指針寄存器EIP、棧指針寄存器ESP，以及局部描述符表寄存器LDTR等。

最終任務(wù)寄存器TR指向新任務(wù)的TSS，而處理器開始新任務(wù)的執(zhí)行。

一旦新任務(wù)開始執(zhí)行，處理器固件會(huì)自動(dòng)將其TSS描述符的B位置1，表示該任務(wù)狀態(tài)為忙。

4 總結(jié)

以上只是大概學(xué)習(xí)了任務(wù)切換的一般過程以及任務(wù)門描述符的基本概念。我們需要注意任務(wù)切換與特權(quán)級(jí)的控制轉(zhuǎn)移之間的區(qū)別。后序還會(huì)有詳細(xì)的內(nèi)容。

詳細(xì)的內(nèi)容還是要參考原書籍，這里只是做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【OS学习笔记】二十六 保护模式八：任务门---任务切换的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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