gate、中断、选择子等

东小夫
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gate

gate的结构

对应的中文术语是”门“。它是一个类似全局描述符的结构，也是64位，8个字节，4个字。具体结构是：

  1. 第0~15位，偏移量的低16位。
  2. 第15~31位，全局描述符的选择子。
  3. 第32~39位，低5位是Param Count，表示函数的最大参数个数；高3位是0，没有被用到。
  4. 第40~47位，低4位是属性中的TYPE；高四位，依次是：S、DPL（占用2位）、P。与全局描述符的对应属性完全一致。
  5. 第48~63位，偏移量的高16位。

代码

C语言

// 32位CPU
struct gate{
  unsigned short offset_low;
  unsigned short selector;
  unsigned char	paramCount;
  unsigned char attribute;
  unsigned short offset_high;
};

nasm

; Gate	offset,selector,paramCount,attribute
%macro Gate 4
	dw	%1 & 0ffffh
	dw	%2
	dw	(%3 & 01fh) | ((%4 << 8)&ff00h)
	dw	(%1 >> 16) & ffffh
%endmacro

因为对全局描述符的nasm代码理解得比较透彻，对gate的nasm只有小小的疑问。

  1. dw (%3 & 01fh) | ((%4 << 8)&ff00h)。有没有问题？
    1. 第1个问题，比较纠结。顺序没有问题。为啥会纠结？这和数据的排列方式有关系，大小端之类。
    2. 对 & 和 | 的使用正确吗？在这里，用&的作用是获取参数的对应位的数据。两个参数经过处理后用|的作用是获取两个参数的每一位并拼接起来。
  2. dw用得对不对？好解决。查查资料就行。
    1. dw是双字节，即一个字，16个bit。
    2. db是单字节，8个bit。

中断

中断是指操作系统停止正在执行的任务（一般是非内核任务），陷入内核任务。

中断的作用是什么？任务切换需要中断。如果没有中断，一个任务一旦执行起来就不会停止。发生中断后，切换到内核任务，产生了切换任务的契机。

能用时钟中断配合完成任务切换。时钟中断每间隔若干单位时间就发生一次。

与中断相关的概念，还有中断向量表、中断向量、中断处理程序。

中断向量是一个代号，例如0x80、2000。每个中断向量对应一段代码，这段代码就是中断处理程序。当CPU接收到中断向量2000时，它会执行2000对应的那段代码（比如，打印一个A字符）。中断向量组成中断向量表。

外部中断是电脑的外部设备发出的。有哪些外部设备呢？比如，键盘、鼠标、摄像头等。

电脑的外部设备非常多，如果每个外部设备都直接连接到CPU上，CPU需要留出非常多接口，而且数量不确定，并且要和外部设备直接交互数据。速度慢，而且让CPU变得臃肿。所以，使用一个中断代理器来管理中断。它从外部设备接收中断向量，发送给CPU，再从CPU获取中断处理结果并返回给对应的外部设备。

这个中断处理器就是8259A。它是一个硬件，可编程的。

8259A

一个8259A有8个引脚（接线口，可以用路由器的网线接口类比），每个引脚能接入一个外部设备。如此，一个8259A只能连接8个外部设备。为了多接收外部设备的中断信号，可以采用“级联”的方式。

所谓“级联”，是指把第2个8259A连接到第一个8259A的其中一个引脚上。第1个8259A是主片，第2个是从片。用这种方式，能接收 7 + 8 = 15 个外部设备的中断向量。

8259A的运行过程比较繁琐，应该不重要吧。作者只想掌握有限的知识、能用它实现中断就满足了。

怎么对8259A编程？它有两类端口，一种是ICW，初始化命令字；另一种是OCW，操作操作命令字。

ICW负责设置8259A是不是级联、用主片的几号引脚连接从片、初始向量号是多少、会不会自动发送EO结束符。

必须向主、从片的ICW1、ICW2、ICW3、ICW4依次写入数据。一定要按顺序写入。

主片的ICW3和从片的ICW3的结构不一致，但都是8位。主片的ICW3用位图表示第几号引脚连接了从片。从片的ICW3用低3位表示主片发送的数据是不是发送到本片。

例如，主片的第0~7位分别是：00100000，表示第2号引脚接入了从片。当主片向从片发送数据时，会连2一起发送。所有从片接收到信息后，检查本片的低位的值。假如某个从片发现自己的低3位是010（十进制值是3），这个从片就会认为数据是发送给自己的。而其他从片就会丢弃主片发送来的数据。

OCW负责设置屏蔽哪些中断、放行哪些中断。0表示放行，1表示屏蔽。不需要按顺序写入。

选择子

此处的选择子是指描述符的选择子。

选择子的结构

选择子有16位。

  1. 第0~1位，RPL，请求数据特权级。
  2. 第2位，T1，指示选择子是全局描述符的选择子还是局部描述符的选择子。0，全局描述符的选择子；1，局部。
  3. 第3~15位，描述符在GDT或LDT中的索引Index。这种描述不是最准确的。最准确的描述应该是，这13位数据是某个描述符相对于第一个描述符的字节偏移量。

只讨论T1是0这种情况。

Index的最大值是MaxIndex？MaxIndex是2的13次方-1。很纠结这种小细节。

教室里有8个同学，依次给这个8个同学编号：1、2、3、......、8。那么，一共有多少个同学呢？一定不是8-1而是8-1+1，要把第1个同学包括在内。

13个bit能表示的最大值是2的13次方-1。13个bit能表示的数值的数量是：最大值-第1个值+1 = 2的13次方-1-0+1 = 2的13次方。

按照选择子的结构（13个bit表示描述符在GDT中的索引），GDT中的描述符的数量是2的13次方。因为，13个bit所表示的数字中的每一个都是一个描述符的索引值。有多少个数字就有多少个描述符。

第一个描述符的选择子是0x0，第二个描述符的选择子是0x8，第三个描述符的索引是0x10。

乍一看，会把0x8误解为描述符的索引，进而会认为GDT中描述符的最大数量是2的13次方字节/8。

不是这样的。严格按照选择子的结构来理解。选择子的高13位是描述符在GDT中的索引，索引编号从0一直到2的13次方。

实例分析选择子

  1. 选择子是0x8。
    1. 转换为二进制形式，0x1000，高12位都是0，省略。左边是高位，右边是低位。
    2. 低3位分别是RPL、T1。
    3. 高13位是01b，即1。是第1个描述符。
  2. 选择子是0x10。
    1. 转换为二进制形式，0x10000，高12位都是0，省略。左边是高位，右边是低位。
    2. 低3位分别是RPL、T1。
    3. 高13位是010b，即2。是第2个描述符。

lgdt

lgdt是一个寄存器，专门存储GDT的内存地址。它的第0~15位是GDT的长度-1。GDT的最大长度M是2的16次方，单位是字节。一个描述符的长度是8字节，GDT中的最大描述符数量 = M/8 = 2的16 次方/2的3次方 = 2的13次方。

GDT中最多有2的13次方个描述符，这和选择子的高13位是描述符在GDT中的索引，吻合。

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