[039][x86汇编语言]第十五章 任务切换 内存示意图 以及
2018-06-28 本文已影响22人
AkuRinbu
学习笔记
《x86汇编语言：从实模式到保护模式》
https://www.jianshu.com/p/d481cb547e9f
运行结果
第十五章 任务切换 运行结果.png
代码使用
-
nasmide.exe 编译源码文件 ：加载程序
c13_mbr.asm，内核程序c15_core.asm，用户程序c15.asm； -
fixvhdwr.exe 写扇区二进制
.bin文件：c13_mbr.bin（逻辑扇区号LBA：0）、c15_core.bin（LBA：1）、c15.bin（LBA：50）； - 运行
VM virtual box.
执行完两次任务切换（CALL一次，JMP一次）后的内存以及GDT状态
第15章 执行完两次任务切换后的内存示意图.png
第15章 执行完两次任务切换后的GDT示意图.png
- 如图所示，被加载到内存的，红色文字以及绿色文字代表的内容均来自于同一个用户程序
c15.asm； - 这说明，一个程序可以对应着多个运行中的副本，或者说多个任务，它们彼此之间没有任何关系，在内存中的位置不同，运行状态也不一样；
- 正因如此，即便两次切换都是切换到同一个用户程序，但本质上是切换到不同的任务，加上没有写任何内存管理的代码（比如重新释放内存），之前的任务一直留在内存里；
任务管理器
-
任务管理器，又称程序管理器：创建
0特权级的内核任务，并将当前正在执行的内核代码段划归该任务，当前代码的作用是创建其他任务，管理它们，所以称做任务管理器或者叫程序管理器；
三个TSS描述符
[如图黑色和灰色部分文字]程序管理器的TSS描述符(位于内核程序c15_core.asm：标号start后面)
;为程序管理器的TSS分配内存空间
mov ecx,104 ;为该任务的TSS分配内存
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
mov [prgman_tss+0x00],ecx ;保存程序管理器的TSS基地址
;在程序管理器的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位图。0特权级事实上不需要。
mov word [es:ecx+0],0 ;反向链=0
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。
;创建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0
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
mov [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
- 程序管理器可以没有自己的LDT，可以将自己使用的段描述符安装在GDT中；
-
mov word [es:ecx+0],0，设置TSS指针域（结合TSS的格式来看，此时ES指向0~4GB内存空间,ECX是TSS基地址） - 程序管理器的TSS描述符必须安装在GDT中；
- 使用指令
ltr，将当前任务的TSS选择子传送到处理器的TR寄存器；
ltr指令执行后，处理器用该选择子访问GDT
找到相对应的TSS描述符，将其B位置“1”
表示该任务正在执行中（或者处于挂起状态）
同时，还要将该描述符传送到TR寄存器的描述符高速缓存器中。
子程序load_relocate_program 里TSS相关代码(位于内核程序c15_core.asm）
TSS 与TCB 一 一对应
- 登记 TSS基地址、TSS选择子 到 TCB（这样理解，从任务A切换到任务B时，这里登记用的就是任务B的TCB，登记的内容就是任务B的 TSS基地址、TSS选择子，保证一个任务、一个TCB、一个TSS）；
- 第15章的代码，是从内核程序切换到用户程序的，那么内核程序就是任务A，用户程序就是任务B；
- 并且，内核程序是不需要TCB的；
- 如图所示，第15章的代码要分别用call 以及 jmp 各完成一次切换，同一次任务我都用相同的颜色画了TCB和TSS；
;创建用户程序的TSS
mov ecx,104 ;tss的基本尺寸
mov [es:esi+0x12],cx
dec word [es:esi+0x12] ;登记TSS界限值到TCB
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
mov [es:esi+0x14],ecx ;登记TSS基地址到TCB
...
;在GDT中登记TSS描述符
mov eax,[es:esi+0x14] ;TSS的起始线性地址
movzx ebx,word [es:esi+0x12] ;段长度（界限）
mov ecx,0x00408900 ;TSS描述符，特权级0
call sys_routine_seg_sel:make_seg_descriptor
call sys_routine_seg_sel:set_up_gdt_descriptor
mov [es:esi+0x18],cx ;登记TSS选择子到TCB
完整填写TSS
- 注意这里填的就是TSS的内容，不是TSS描述符；
- 根据注释以及TSS格式来一一填写即可
;访问用户程序头部，获取数据填充TSS
mov ebx,[ebp+11*4] ;从堆栈中取得TCB的基地址
mov edi,[es:ebx+0x06] ;取得用户程序加载基地址
mov edx,[es:edi+0x10] ;登记程序入口点 EIP
mov [es:ecx+32],edx ;到TSS
mov dx,[es:edi+0x14] ;登记程序代码段 CS 选择子
mov [es:ecx+76],dx ;到TSS
mov dx,[es:edi+0x08] ;登记堆栈段 SS 选择子
mov [es:ecx+80],dx
mov dx,[es:edi+0x04] ;登记 程序数据段 DS（指向程序头部段）
mov word [es:ecx+84],dx
mov word [es:ecx+72],0 ;TSS中的 ES=0
mov word [es:ecx+88],0 ;TSS中的 FS=0
mov word [es:ecx+92],0 ;TSS中的 GS=0
pushfd ;将EFLAGS寄存器的内容压入栈
pop edx ;再将其弹出到EDX寄存器
mov dword [es:ecx+36],edx ;登记TSS中的EFLAGS
[如图红色文字部分]使用call指令进行任务切换(位于内核程序c15_core.asm：标号start后面)
;创建TCB 这个TCB属于即将切换去的任务
mov ecx,0x46
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
call 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 ; 会往创建属于要切换去的任务的TSS★
; 会往TCB里面填写TSS选择子★
;32位间接远调用指令CALL
call far [es:ecx+0x14] ;执行任务切换
;ECX指向要切换任务（用户程序）的TCB
;从TCB中取出TSS基地址、TSS选择子
;CPU发现这是TSS选择子，就知道要执行任务切换
;新任务的TSS完整内容在子程序load_relocate_program中已经填写完毕
[如图绿色文字部分]使用jmp指令进行任务切换(位于内核程序c15_core.asm：标号start后面)
;创建TCB 这个TCB属于即将切换去的任务
mov ecx,0x46
call sys_routine_seg_sel:allocate_memory
call 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 ; 会往创建属于要切换去的任务的TSS★
; 会往TCB里面填写TSS选择子★
;32位间接远转移指令JMP
jmp far [es:ecx+0x14] ;执行任务切换
;ECX指向要切换任务（用户程序）的TCB
;从TCB中取出TSS基地址、TSS选择子
;CPU发现这是TSS选择子，就知道要执行任务切换
;新任务的TSS完整内容在子程序load_relocate_program中已经填写完毕
