x86汇编第二版第十七章协同任务切换里特权栈信息保存的问题

cindeequan · 发表于 2024-4-12 22:09:15

老师，在x86汇编第二版第十七章协同任务切换里，用户程序通过call gate调用InitTaskSwitch内核例程的时候，需要切换特权栈（从3换到0），然后：
1. 用户栈段（3）的SS和ESP被压入特权0栈段
2. 用户程序CS和EIP也被压入特权0栈段
3. InitTaskSwitch内核例程里切换到另一个任务（比如内核任务），处理器会把当前任务（用户程序内核态）信息存入该任务的TSS里
4. 其中TSS里偏移56的地方存入了ESP（这个ESP应该是用户程序的0特权栈的ESP吧）
5. 等再次切回到用户任务（此时还是用户程序内核态）时，从TSS里恢复号特权栈SS0和ESP0
6. 继续在InitTaskSwitch内核例程（用户程序内核态）里往下执行
7. 在retf时，因涉及特权切换（0特权栈里压入的用户程序CS选择子里RPL=3），所以要切换回用户CPL=3的栈段
8. 从0特权栈里找到前面1里压入的用户程序特权等级3的SS和ESP
9. 回到用户程序继续执行，此时栈段是特权等级3的SS

不知道我上面的理解是否正确？
即，用户程序通过调用门发起任务切换时会涉及特权级切换，栈段也要切换，在这种情况下，用户程序特权级3的SS和ESP没有保存在TSS里，而是在TSS里保存特权0的ESP，但是可以通过特权0的SS和ESP找回保存在里面的用户程序特权3的SS和ESP

站长 · 发表于 2024-4-13 13:58:12

基本正确。
另，不在TSS里设置SS3和ESP3的原因是，在任何时候都不存在从高特权级到3特权级的控制转移（除了调用门或者中断返回）。

cindeequan · 发表于 2024-4-13 21:22:47

站长发表于 2024-4-13 13:58
基本正确。
另，不在TSS里设置SS3和ESP3的原因是，在任何时候都不存在从高特权级到3特权级的控制转移（除了 ...

还有个问题，在第18章抢占式多任务里，假设1153行放开中断之后发生0x70中断，引起任务切换：
1. 在413行切换到用户程序执行
2. 此时用户程序的eflags状态应该是从TSS里读取
3. 用户TSS里elfags是在901和902行设置的（用的是当时内核执行到load_relocate例程时的eflags状态）
4. 用户程序运行时，通过0x70中断切换回内核任务执行

我的疑问是：
1. 用户程序运行时能触发0x70中断，那么当时elfags的IF应该是1，
2. 而用户程序里eflags的最早来源应该是前面901和902行里内核load_relocate例程设置的
3. 但是进入load_relocate例程前1143行关闭了中断，即eflags的IF位是0
4. 那么进入load_relocate例程后设置用户TSS里存储的eflags位IF也应该是0
5. 照这样推演，等413行第一次切换到用户程序时，用户程序应该处于中断关闭的状态，那为什么还有0x70中断呢？

站长 · 发表于 2024-4-14 13:16:55

时间一长我也记不清了。应该是低特权级下不能改变IF吧。我们都再查查。

cindeequan · 发表于 2024-4-15 00:22:04

站长发表于 2024-4-14 13:16
时间一长我也记不清了。应该是低特权级下不能改变IF吧。我们都再查查。

这一部分是内核（特权0）1143行开始创立用户程序任务, 这里通过cli指令，IF位（内核的eflags）为0

cli

复制代码

进入load_relocate_program例程后，901行和902行把当前的eflags圧栈再弹出到用户任务TSS，这样存入用户任务TSS的的eflags里IF位应该为0.....

<blockquote> pushfd

复制代码

等到发生0x70中断切换到用户任务时，TSS中取出的eflags里IF位就还是0了。。。目前就是这里我没想通

cindeequan · 发表于 2024-4-15 14:12:17

站长发表于 2024-4-14 13:16
时间一长我也记不清了。应该是低特权级下不能改变IF吧。我们都再查查。

我用bochs跟踪调试了一下，发现一些奇怪的情况

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上图里我跟踪进用户任务，发现eflags里的if位的确是0.....，所以此时应该没法触发中断切换任务

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截图上传说超过限制了，我只好打文字了
继续执行.....

但是继续调试，让用户任务调用一次put_string，输出“，，，，，，，”返回用户任务后，eflags里if位又变成了1.......
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猜想：
现在我大概想明白了，按照老师书里的程序，的确进入用户任务的时候eflags里if值为0，中断禁止（来自内核pushf在pop进用户tss里的设置）。
但是用户任务后面会通过调用门调用内核公共例程put_string，而这里有cli和sti指令，所以说等返回到用户任务时，if位变成了1，后续就可以触发RTC中断切换任务啦~

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最后验证：
我修改了用户程序，把put_string调用注释掉，结果进入用户任务后，就卡死在无限循环里了，因为此时if=0，无法触发RTC中断

.do_prn:
mov ebx,message_1
;call far [fs:PrintString]
jmp .do_prn

复制代码

站长 · 发表于 2024-4-15 14:27:41

cindeequan 发表于 2024-4-15 14:12
我用bochs跟踪调试了一下，发现一些奇怪的情况

----------------------------------------------------- ...

那就说明是我当初没有考虑周全。不过最令我印象深刻的还是你这种探究精神，值得所有人学习。值得大大地称赞！

cindeequan · 发表于 2024-4-15 22:05:08

站长发表于 2024-4-15 14:27
那就说明是我当初没有考虑周全。不过最令我印象深刻的还是你这种探究精神，值得所有人学习。值得大大地称 ...

谢谢老师，我看书里第20章的程序里把put_string例程调整了
开头用了
pushfd
cli
.....
返回前用了
popfd
这样就防止了在put_string里不小心把if位修改了

另外load_relocate前也不使用cli了，而是把append_tcb移到了load_reloacte外。
这样也跑通了

站长 · 发表于 2024-4-16 09:58:57

cindeequan 发表于 2024-4-15 22:05
谢谢老师，我看书里第20章的程序里把put_string例程调整了
开头用了
pushfd

或者在pushfd之后添加修改压栈内容的IF位的指令，然后再pop到TSS。

cindeequan · 发表于 2024-4-17 17:56:59

站长发表于 2024-4-16 09:58
或者在pushfd之后添加修改压栈内容的IF位的指令，然后再pop到TSS。

我看C19和C20里内核代码设置8259A从片级联的代码是

mov al,0x11
out 0xa0,al ;ICW1：边沿触发/级联方式
mov al,0x70
out 0xa1,al ;ICW2:起始中断向量
mov al,0x04
out 0xa1,al ;ICW3:从片级联到IR2
mov al,0x01
out 0xa1,al ;ICW4:非总线缓冲，全嵌套，正常EOI

复制代码

这里ICW3设置的04 我看的资料里应该指的是主片的IRQ4引脚（老师推荐的《车子小姐8259A》）
但是bochs跑会报错，提示PIC = 4 未启用

我查了下C18的内核代码里ICW3设置的是2，意思主片IRQ2引脚（我理解这才是正确设置，因为主片设置里是IRQ2引脚接入从片）

mov al,0x11
out 0xa0,al ;ICW1：边沿触发/级联方式
mov al,0x70
out 0xa1,al ;ICW2:起始中断向量
mov al,0x02
out 0xa1,al ;ICW3:从片级联到IR2
mov al,0x01
out 0xa1,al ;ICW4:非总线缓冲，全嵌套，正常EOI

复制代码

这样bochs就不会报错了

问题1：
C18和C19，C20不同的ICW3是笔误？还是另有考虑？

问题2：
不管ICW3是2还是4，C20的程序我在Vbox里跑都能跑起来，但是都有一定概率报严重错误，也就是有时候能一直无限循环切换任务，有时候能正常启动，但是在内核->app1->app2之后，再切回内核的时候就会报严重错误，这是啥情况呢。。

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