一、7.协同式任务切换与抢占式任务切换

使用TSS来在任务切换时保护现场和恢复现场

内核任务：单纯由内核组成的任务，和其他用户程序组成其他任务

内核任务的创建

;为内核任务创建任务控制块TCB
mov ecx, 0x46
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
call append_to_tcb_link ;将此TCB添加到TCB链上
mov esi, ecx;为内核任务的TSS分配内存空间
mov ecx, 104 ;为内核任务的TSS分配内存
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
mov [es:esi+0x14], ecx ;在内核TCB中保存TSS基地址;在内核任务的TSS中设置必要的项目 
mov word [es:ecx+96],0             ;没有LDT。处理器允许没有LDT的任务。
mov word [es:ecx+102],103          ;没有I/O许可位图。0特权级事实上不需要。
mov word [es:ecx+0],0              ;反向链=0，不使用硬件任务切换，不产生任务链
mov dword [es:ecx+28],0            ;登记CR3(PDBR)
mov word [es:ecx+100],0            ;T=0;不需要0、1、2特权级堆栈。0特级不会向低特权级转移控制。

IO许可位图：

当任务的CPL特权级高于（数值小于）他的EFLAGS中的IOPL字段，那么这个任务可以访问任何硬件端口，0特权级可访问任何硬件端口

修改IOPL：需要先把EFLAGS/FLAGS压栈，在栈中修改，然后出栈

在16位操作尺寸下也可以压入32位的EFLAGS，只需要使用PUSHFD翻转操作数尺寸即可，但在32位操作尺寸下PUSHF和PUSHFD作用相同

POPF同理

PUSHF/PUSHFD和POPF/POPFD的执行不受特权级限制，但是标志寄存器压栈后IOPL字段的读写状态受特权级影响，若CPL不为0，则栈中的IOPL类似只读状态

当然也不是说一旦CPL特权级低于IOPL，所有硬件端口就禁止访问

TSS描述符中的段界限包含了IO许可位映射区的大小

任务切换

协同式任务切换

		;创建内核任务的TSS描述符，并安装到GDT中 mov eax,ecx                        ;TSS的起始线性地址mov ebx,103                        ;段长度（界限）mov ecx,0x00408900                 ;TSS描述符，特权级0call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptorcall sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptormov [prgman_tss+0x04],cx           ;保存程序管理器的TSS描述符选择子 ;任务寄存器TR中的内容是任务存在的标志，该内容也决定了当前任务是谁。;下面的指令为当前正在执行的0特权级任务“程序管理器”后补手续（TSS）。ltr cx        ;现在可认为内核任务正执行中

创建用户程序

		mov ecx,0x46call sys_routine_seg_sel:allocate_memorycall append_to_tcb_link            ;将此TCB添加到TCB链中 push dword 50                      ;用户程序位于逻辑50扇区push ecx                           ;压入任务控制块起始线性地址 call load_relocate_program ;主动发起任务切换     

initiate_task_switch: ;主动发起任务切换pushadpush dspush esmov eax, core_data_seg_selmov es, eaxmov eax, mem_0_4_gb_seg_selmov ds, eaxmov eax, [es:tcb_chain]; 搜索状态为忙（当前任务）的节点.b0:cmp word [eax+0x04], 0xffffcmove esi, eaxjz .b1;从当前节点继续搜索就绪任务的节点.b1:mov ebx, [eax]or ebx, ebxjz .b2 ;到表尾也没找到，就从头找cmp word [ebx+0x04], 0x0000cmove edi, ebx ;找到就绪节点，edi=节点线性地址jz .b3mov eax, ebxjmp .b1.b2:mov ebx, [es:tcb_chain].b20:cmp word [ebx+0x04], 0x0000cmove edi, ebxjz .b3mov ebx, [ebx]or ebx, ebxjz .return ;表中不存在空闲任务，返回jmp .b20;就绪任务的节点已找到，准备切换.b3:not word [esi+0x04] ;将忙状态的节点改为就绪not word [edi+0x04] ;将就绪节点改为忙jmp far [edi+0x14] ;任务切换.return:pop espop dspopadretf

;用户任务进行任务切换
call far [fs:InitTaskSwitch];用户任务退出
call far [fs:TerminateProgram]

terminate_current_task: ;终止当前任务;注意，执行此例程时，当前任务仍在运行中。此例程其实也是当前任务的一部分 mov eax, core_data_seg_selmov es, eaxmov eax, mem_0_4_gb_seg_selmov ds, eaxmov eax, [es:tcb_chain] ;eax=首节点的线性地址;搜索状态为忙（当前任务）的节点.s0:cmp word [eax+0x04]jz .sl ;找到忙节点，eax=节点的线性地址mov eax, [eax] jmp .s0;将状态为忙的节点改成终止状态.s1:mov word [eax+0x04], 0x3333;搜索就绪状态的任务mov ebx, [es:tcb_chain] ;ebx=链表首节点线性地址.s2:cmp word [ebx+0x04], 0x0000jz .s3 ;已找到就绪节点，ebx=节点的线性地址mov ebx, [ebx]jmp .s2;就绪任务的节点已经找到，准备切换到该任务.s3:not word [ebx+0x04]jmp far [ebx+0x14]

抢占式任务切换

抢占式任务切换需要依赖硬件中断

中断与异常是并列关系

异常根据发生原因可分为：

异常根据性质可分为：

实模式下直接访问IVT获取中断处理代码地址

保护模式下需要获取描述符

创建并安装中断门

general_interrupt_handler:                  ;通用的中断处理过程push eaxmov al,0x20                        ;中断结束命令EOI out 0xa0,al                        ;向从片发送 out 0x20,al                        ;向主片发送pop eaxiretd;-------------------------------------------------------------------------------
general_exception_handler:                  ;通用的异常处理过程mov ebx,excep_msgcall flat_4gb_code_seg_sel:put_stringhlt
;-------------------------------------------------------------------------------
rtm_0x70_interrupt_handle:                  ;实时时钟中断处理过程pushadmov al,0x20                        ;中断结束命令EOIout 0xa0,al                        ;向8259A从片发送out 0x20,al                        ;向8259A主片发送mov al,0x0c                        ;寄存器C的索引。且开放NMIout 0x70,alin al,0x71                         ;读一下RTC的寄存器C，否则只发生一次中断;此处不考虑闹钟和周期性中断的情况call sys_routine_seg_sel:initiate_task_switch ;请求任务切换popadiretd

		mov ecx, core_data_seg_selmov ds, ecx ;ds指向核心数据段mov ecx, mem_0_4_gb_seg_selmov es, ecx ;es指向4G数据段;创建中断描述符表IDT;其余为保留或硬件使用的中断向量mov eax,general_exception_handler  ;公共异常处理代码在段内偏移地址mov bx,flat_4gb_code_seg_sel       ;代码所在段的选择子mov cx,0x8e00                      ;中断门高32位部分的低16位，0特权级call flat_4gb_code_seg_sel:make_gate_descriptor ;构建门描述符mov ebx,idt_linear_address         ;中断描述符表的线性地址xor esi,esi.idt0:mov [es:ebx+esi*8],eaxmov [es:ebx+esi*8+4],edxinc esicmp esi,19                         ;安装前20个异常中断处理过程jle .idt0;除了0~20是公共的中断门，还有32~255为为保留或硬件使用的中断向量mov eax,general_interrupt_handler  ;门代码在段内偏移地址mov bx,flat_4gb_code_seg_sel       ;门代码所在段的选择子mov cx,0x8e00                      ;32位中断门，0特权级call flat_4gb_code_seg_sel:make_gate_descriptormov ebx,idt_linear_address         ;中断描述符表的线性地址.idt1:mov [es:es:ebx+esi*8],eaxmov [es:ebx+esi*8+4],edxinc esicmp esi,255                        ;安装普通的中断处理过程jle .idt1;设置实时时钟中断处理过程mov eax,rtm_0x70_interrupt_handle  ;门代码在段内偏移地址mov bx,flat_4gb_code_seg_sel       ;门代码所在段的选择子mov cx,0x8e00                      ;32位中断门，0特权级call flat_4gb_code_seg_sel:make_gate_descriptormov ebx,idt_linear_address         ;中断描述符表的线性地址mov [es:ebx+0x70*8],eaxmov [es:ebx+0x70*8+4],edx

加载中断描述符表寄存器IDTR

pidt             dw  0dd  0

		;准备开放中断mov word [pidt],256*8-1            ;IDT的界限mov dword [pidt+2],idt_linear_addresslidt [pidt]                        ;加载中断描述符表寄存器IDTR

8259A主片默认使用0x08 ~ 0x0F中断向量号，但是处理器已经把0x08 ~ 0x0F设置成异常了，向量号冲突，需要重新设置

初始化命令字ICW1 ~ 4可发给主片和从片，先把ICW1发给主片的0X20和从片的0XA0，根据其内容决定让主片（0X21）和从片（0XA1）是否期待后续

 		;设置8259A中断控制器mov al,0x11out 0x20,al                        ;ICW1：边沿触发/级联方式mov al,0x20out 0x21,al                        ;ICW2:起始中断向量mov al,0x04out 0x21,al                        ;ICW3:从片级联到IR2mov al,0x01out 0x21,al                        ;ICW4:非总线缓冲，全嵌套，正常EOImov al,0x11out 0xa0,al                        ;ICW1：边沿触发/级联方式mov al,0x70out 0xa1,al                        ;ICW2:起始中断向量mov al,0x04out 0xa1,al                        ;ICW3:从片级联到IR2mov al,0x01out 0xa1,al                        ;ICW4:非总线缓冲，全嵌套，正常EOI;设置和时钟中断相关的硬件 mov al,0x0b                        ;RTC寄存器Bor al,0x80                         ;阻断NMIout 0x70,almov al,0x12                        ;设置寄存器B，禁止周期性中断，开放更out 0x71,al                        ;新结束后中断，BCD码，24小时制in al,0xa1                         ;读8259从片的IMR寄存器and al,0xfe                        ;清除bit 0(此位连接RTC)out 0xa1,al                        ;写回此寄存器mov al,0x0cout 0x70,alin al,0x71                         ;读RTC寄存器C，复位未决的中断状态sti                                ;开放硬件中断

中断和异常处理时的特权级保护：

1. 不检查RPL
2. 不检查门的DPL，除了int n、int3和into
3. 中断描述符描述的目标代码段的特权级必须高于等于当前代码特权级

中断和异常发生时的栈切换过程

与任务切换类似，都是在任务的TSS中找到中断处理过程段的对应特权级的栈寄存器然后压栈各种寄存器保护现场

有些异常产生时，处理器会在栈中压入错误代码