真象还原之中断

古城微笑少年丶 2021-11-14 12:40 332阅读 0赞

参考书籍：《操作系统　真象还原》　作者：郑钢  
详细的内容见书上。

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## 一、首先中断的含义： ##

相信走到这里的人，都接触过Ｎ遍了，简单查下便能知道：[https://blog.csdn.net/q1007729991/article/details/53072738][https_blog.csdn.net_q1007729991_article_details_53072738]

## 二、实模式下的中断： ##

实模式下的中断，比保护模式下的中断，简单很多。  
实模式中断：写中断函数，将中断函数放入内存。中断函数的起始地址放在内存的０～0x3ff（中断向量表）。  
具体可以参考王爽的《汇编语言》：[第12章 内中断][12_]、[第15章 外中断][15_]

## 三、32位保护模式下的中断： ##

### 3.1 中断描述符表 ###

> 中断描述符表是保护模式下用于存储中断处理程序入口的表，当CPU接受到一个中断时，需要根据该中断的中断向量号在此表中检索对应的**门描述符**。**通过**该描述符找到中断处理程序的起始地址，然后执行中断处理程序。中断描述符表起始地址存储在IDTR寄存器中。  
> （和[段和段描述符表][Link 1]类似）

### 3.1.1首先咱们介绍门描述符（详细内容见书上） ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 3.2 通过中断过程找到程序入口 ###

这张图是整体的思路。（不涉及权限转换和分页映射）  
如果看不懂这张图，可以回顾下分段和分页的区别：[https://blog.csdn.net/sinat\_38816924/article/details/97251056][https_blog.csdn.net_sinat_38816924_article_details_97251056]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

##  四、 中断过程中栈的变化情况 ##

如果不涉及到权限转换，比较容易。关键是理解权限转换过程中栈的变化。理解权限变化的条件。  
以下内容涉及到：P230的TSS 、P240转换过程（P309页也行）。  
权限转换过程，在书上的5.4节介绍。但是没看懂。到了第七章才大体明白。（下面仅给出结论性观点，详细见书上）

### 4.1 CPL、RPL、DPL ###

参考博客：[5-特权级][5-]、[8-跨段提权与调用门][8-]

> 省长以省长的身份去办事情的时候（CPL=0的程序以RPL=0的级别去请求DPL=0的数据段），肯定没什么问题。省长以平民的身份去办事情的时候（CPL=0的程序以RPL=3的级别去请求DPL=0的数据段），肯定会失败。  
> 平民以省长的身份去办事情的时候（CPL=3的程序以RPL=0的级别去请求DPL=0的数据段），结果可想而知……失败！！！  
> \[来自上面参考文章\]

*  没有跳级的情况

1.  数据段：RPL<=DPL，才能继续访问
2.  代码段:  
    2.1. 非一致性代码段：RPL<=DPL，允许访问。  
    2.2. 一致性代码段：RPL>=DPL ,但CPL保持不变。

*  跳级的情况  
    为了防止3特权级下的用户主动调用只为内核服务的程序，当前的特权级必须经受的住中断门的考验，得“进入门内”。进门一般分为两步，“跨过门槛”，“进入门框”。  
    “跨过门槛”的过程其实是检查 当前特权级(CPL) 和 门描述符特权级(DPL) 的大小。要求 CPL权限大于等于DPL，在数值上 CPL<=DPL，“门槛”检查才通过，特权级的数值越小代表特权级越高。否则抛出异常。  
    “进入门框”的过程实质是检查  CPL 和 门描述符中选择子对应的目标代码段的DPL，要求 CPL权限小于目标代码段的DPL，在数值上 CPL>目标代码段DPL，此处不能相等。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

### 4.2 中断发生时的压栈 ###

栈在中断中很重要的作用，便是保护现场和恢复现场。  
如果不发生权限的转换，所有的数据压栈和出栈在一个栈中。  
如果发生权限的变换（变化的条件是满足上面的跳级条件），则需要切换不同级别的栈。这涉及到[TSS][]。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]TSS的位置存储在TR寄存器中。  
如果涉及权限转换，到TSS中，找到相应权限的栈地址。  
在新栈中，压栈过程如下所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]（但是，这里面有一个问题没有解决。书上也没有给出答案。在切换到高级栈之前，为了返回，需要将旧栈地址**临时**保存起来。然后将新栈的地址赋值给CS:EIP。再将旧栈地址压入新栈。问题在于：这个临时保存位置在哪？？未知）  
（同时，这里也没有涉及到参数传递。因为是中断，只有中断号，没有参数。如果涉及到有参数的情况，参考：[https://blog.csdn.net/q1007729991/article/details/52542296）][https_blog.csdn.net_q1007729991_article_details_52542296]

## 五、程序 ##

如果学习过《微机原理与接口》会轻松很多。如果没有，没关系，仔细看书就好。  
代码见：[https://github.com/da1234cao/tiny-os/tree/master/chapter7][https_github.com_da1234cao_tiny-os_tree_master_chapter7]  
（原来的程序有点坑，头文件修改的比较多）  
具体分析程序见书上，我仅仅给出整体的思路（画图很费时间^ \_ ^）。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]我的程序没有问题。如果你从其他地方直接编译运行，可能会出现这样的错误。  
\_\_stack\_chk\_fail\_local  
默认检查程序的栈。（虽然回头看原来的程序，没看出什么毛病～～）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]解决办法，参考：[/images/20211114/42cad076c7684079babf53e3e877b45e.png][https_blog.csdn.net_SstudentT_article_details_52910696]  
具体的编译链接方法，[参看上面github链接中的build.sh][github_build.sh]。

参考文章：

1.  [OS学习笔记][OS]
2.  [简易的linux kernel][linux kernel]

[https_blog.csdn.net_q1007729991_article_details_53072738]: https://blog.csdn.net/q1007729991/article/details/53072738
[12_]: https://blog.csdn.net/sinat_38816924/article/details/89522842
[15_]: https://blog.csdn.net/sinat_38816924/article/details/89948609
[Link 1]: https://blog.csdn.net/sinat_38816924/article/details/96366402
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211114/825bf811e3684f1183cbda77b5665cf3.png
[https_blog.csdn.net_sinat_38816924_article_details_97251056]: https://blog.csdn.net/sinat_38816924/article/details/97251056
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20211114/92441b83d2874a0ab473c829293c4e0f.png
[5-]: https://blog.csdn.net/q1007729991/article/details/52727332
[8-]: https://blog.csdn.net/q1007729991/article/details/52727590
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20211114/2b9f51f2d30943a7912b467a420b465a.png
[TSS]: https://blog.csdn.net/q1007729991/article/details/52650822
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20211114/4ae24083332848e78cb3120921808b09.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20211114/f27e11e2f5304f6d97411d7e100b2187.png
[https_blog.csdn.net_q1007729991_article_details_52542296]: https://blog.csdn.net/q1007729991/article/details/52542296%EF%BC%89
[https_github.com_da1234cao_tiny-os_tree_master_chapter7]: https://github.com/da1234cao/tiny-os/tree/master/chapter7
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[github_build.sh]: http://xn--githubbuild-zp8qno885dhp8crd9ck4bi74ubrj.sh
[OS]: https://blog.csdn.net/q1007729991/article/category/6417471/2?
[linux kernel]: https://zhuanlan.zhihu.com/c_177480196