TSS详解 ——《x86汇编语言：从实模式到保护模式》读书笔记33

逃离我推掉我的手 2022-07-24 12:29 334阅读 0赞

# TSS（Task State Segment，任务状态段）详解 #

# 1. TSS描述符 #

和LDT一样，必须为每个TSS在GDT中创建对应的描述符。TSS描述符的格式如下图：

![iHUaIqR.png][]  
B位是“忙”位（Busy）。在任务刚刚创建的时候，它应该为0，表明任务不忙。当任务开始执行时，或者处于挂起状态（临时被中断执行）时，由处理器固件把B位置1.

任务是不可重入的。就是说在多任务环境中，如果一个任务是当前任务，那么它可以切换到其他任务，但是不能从自己切换到自己。在TSS描述符中设置B位，并由处理器固件进行管理，可以防止这种情况的发生。

# 2. TSS的格式 #

在一个多任务环境中，当任务发生切换时，必须保存现场（比如通用寄存器，段寄存器，栈指针等）。为了保存被切换任务的状态，并且在下次执行它时恢复现场，每个任务都应当有一片内存区域，专门用于保存现场信息，这就是任务状态段（Task State Segment）。

![CONkZ9S.png][]

在创建一个任务的时候，我们要为这个任务创建TSS并填写其中的一些字段。

1.  前一任务链接（TSS Back Link）：TSS内偏移0处是前一个任务的TSS描述符的选择子。  
    当Call指令、中断或者异常造成任务切换，处理器会把旧任务的TSS选择子复制到新任务的TSS的Back Link字段中，并且设置新任务的NT（EFLAGS的bit14）为1，以表明新任务嵌套于旧任务中。关于这点我们会在第15章学习。在创建一个任务的时候，这个字段可以填写0.
2.  SS0，SS1，SS2和ESP0，ESP1，ESP2分别是0,1,2特权级堆栈的选择子和栈顶指针。这些内容应当由任务的创建者填写，且属于填写后一般不变的静态字段。
3.  CR3和分页有关，我们会在第16章学习。如果没有启用分页，可以填写0.
4.  偏移为0x20~0x5C的区域是处理器各个寄存器的快照部分，用于任务切换时保存现场。在一个多任务环境中，每次创建一个任务，内核至少要填写EIP,EFLAGS,ESP,CS,DS,SS,ES,FS和GS。当任务首次执行时，处理器从这些寄存器中加载初始执行环境，从CS：EIP处开始执行任务的第一条指令。
5.  LDT选择子是当前任务的LDT选择子，由内核填写，以指向当前任务的LDT。该信息由处理器在任务切换时使用，在任务运行期间保持不变。
6.  T（Debug Trap）位用于软件调试。在多任务环境中，如果T=1，则每次切换到该任务的时候，会引发一个调试异常中断（int 1）.
7.  I/O位图基地址用来决定当前的任务是否可以访问特定的硬件端口。关于这个，下文会具体说明。

# 3. I/O许可位图（I/O Permission Bit Map） #

EFLAGS寄存器的IOPL位决定了当前任务的I/O特权级别。如果在数值上CPL<=IOPL，那么所有的I/O操作都是允许的，针对任何硬件端口的访问都可以通过；如果在数值上CPL>IOPL，也并不是说就不能访问硬件端口。事实上，处理器的意思是总体上不允许，但个别端口除外。至于个别端口是哪些端口，要找到当前任务的TSS，并检索I/O许可位图。

I/O许可位图（I/O Permission Bit Map）是一个比特序列，因为处理器最多可以访问65536个端口，所以这个比特序列最多允许65536比特（即8KB）。

如下图中的绿色部分，第一个字节代表端口0~7，第二个字节代表端口8~15，以此类推。每个比特的值决定了相应的端口是否允许访问。为1时禁止访问，为0时允许访问。

在TSS内偏移为102字节的那个字单元，是I/O位图基地址字段，它指明了I/O许可位图相对于TSS起始处的偏移，例如下图中这个字段的值是144.

有几点需要说明：  
1. 如果I/O位图基地址的值>=TSS的段界限（就是TSS描述符中的段界限），就表示没有I/O许可位图。  
2. 处理器要求I/O位图的末尾必须附加一个全1的字节，即0xFF.  
3. 处理器不要求为每一个I/O端口都提供位映射，对于那些没有在位图中映射的位，处理器假定它对应的比特是1（禁止访问）。  
4. TSS描述符中的界限值包括I/O许可位图在内，也包括最后附加的0xFF. 以下图为例，TSS的界限值是149（总大小150减去1）。  
![xWeI8Xq.png][]

【end】

[iHUaIqR.png]: http://i.imgur.com/iHUaIqR.png
[CONkZ9S.png]: http://i.imgur.com/CONkZ9S.png
[xWeI8Xq.png]: http://i.imgur.com/xWeI8Xq.png