2022年保护模式中 .pdf

11.3保护模式中断前面的第 5章专门学习了微型计算机的中断系统，因而读者对中断机理与操作过程应该有了一个清晰的认识，然而这一章的内容仅局限于实模式操作下的中断。保护模式下的中断机理同实模式中断机理的本质与目的是一致的，指令格式也完全一样，但具体操作过程差别较大，本节主要针对其中的差别作一些解说。11.3.1 中断描述符表与中断门保护模式中断与实模式中断相比，实现的具体方法存在以下一些主要的差别 保护模式下用中断门对应实模下的中断向量，但数量仍然是256 个，即保护模式下使用了256 个中断门，每个中断门用一个中断描述符来描述。保 护 模 式 下 用 中 断 描 述 符 表(Intrrupt Descriptor Table,IDT)对应实模下的中断向量表，表格的大小也发生了变化。每个中断名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 8 页 -门描述符占用8 个字节，因此 IDT 的大小为25682KB。CPU 的中断描述符表地址寄存器 IDTR 中存放着 IDT 的基地址和段界大小，因此通过装载指令LIDT 就可以将IDT定位到内存的任意位置。同全局描述符表一样，中断描述符表也是唯一的。中断描述符表的实际大小可以通过 IDTR 中设定的段界值实现调整。例如当系统仅需要063 号中断时，IDT 使用 512字节即可。一旦出现超出设定范围的中断，例如 INT 64，CPU 就会进入关闭（Shutdown）模式，将D/C、M/IO、W/R三根控制线以及7BE0BE置于相应的关闭模式电平。实模式中断服务入口地址寻址范围限制在最低端的1 MB 之内，只需一次性查找中断向量表就直接获取了中断服务程序的入口地址。保护模式中断服务入口地址寻址范围没有限制，因此要通过2 次查表才能得到中断服务程序的入口地址，从而提高了安全性。图11.12 将实模式与保护模式下的中断做了一个简单的对比描述，下面再作一些解释。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 8 页 -相对于软中断指令INT N实模式只要使用调用号N4 即可找到该向量的首地址，由此处再转移到中断服务程序。保护模式下的中断过程则较为复杂，它要借助中断门描述符来获取中断子程序这个目标段的描述符，也就是说必须经过两次查表才能获得中断服务子程序的入口地址，其具体操作过程简述如下。装载中断描述符表寄存器CPU 切换到保护模式之前，运行于实模式下的初始化程序必须使用LIDT 指令装载中断描述符表IDT，将 IDT 基地址与段界值装入 IDTR。如果不完成这一步操作，系统就会 100%崩溃。在返回实模式或系统复位时，IDTR 中自动装入000000H 的基地址值与 03FFH 的段界值。可见实模式的中断向量表是固定在存储器的最底部，而保护模式下的 IDT 则是可以改变的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 8 页 -存储器中断处理中断描述表奔腾保护模式中断门描述符 FFH 中断门描述符 02H 中断门描述符 01H 中断门描述符 00H INT2 段界基址中断向量表向量 FFH 向量 02H 向量 01H 向量 00H 中断处理存储器奔腾实模式INT2 图 11.12 实模式与保护模式下的中断对比 查中断描述符表以 IDTR 指定的中断描述符表的基地址为起始地址，用调用号N8 算出偏移量，即为 N 号中断门描述符的首地址，由此处取出中断门的8 个字节，其结构如图11.13，其中记录了16 位的中断门目标段选择器和目标段的 32 位偏移量。查全局或局部描述符表由中断门目标段选择器中的TI 位指定当前是查 GDT 还是 LDT，由索引值乘8 获取查表偏移量找到目标段描述符，该描述符中记录了目标段的基地址、段界及各种属性。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 8 页 -31 16 15 14 13 12 8 7 0 目标段中的偏移量3116 P DPL 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 目标段选择器目标段中的偏移量150 图 11.13 中断门描述符的结构目标段的基地址目标段的32 位偏移量之和即为所需中断服务程序的入口地址。可以说，第、步是为了获取中断的目标对象，后面的步骤则同前面11.2.7 小节介绍的寻址过程完全相同。值得注意的是，图11.12 着重实模式与保护模式的对比描述，因而保护模式中省略了第步的框图。中断调用通常会导致特权级的变化，例如当一个 PL=3 的应用程序被中断而暂停后，可以进入 PL=0 的内核层进行中断处理。11.3.2 保护模式下的异常中断在第 5 章的表 5.1中列出了 IA 体系微型计算机的全部中断向量，并对实模式下的各中断向量对应的中断逐个做了解说。因此这里只需对保护模式下的5 个异常中断作一点补充说明。非法任务状态段任务状态段TSS 的段界限不正常出现的中断，通常是由于TSS 未名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 8 页 -正常初始化而引起的，中断向量为0AH。段不存在在描述符指示器中的P=0，表示该段还未调入内存中，或者为非法段出现的中断，中断向量为0BH。堆栈段异常访问堆栈段时的段界限溢出或者该段不在内存中(P0)而产生的中断，中断向量为0CH。一般保护错误在保护模式下出现的众多异常情况都会产生此种中断，中断向量为0DH。它们包括 描述符表段界限溢出 违反特权级规则 装载非法的描述符段 向受保护的代码段写入 从只执行代码段读出 向只读数据段写入 段界限溢出 执行 CTS、HLT、LGDT、LIDT、LLDT、LMSW 或 LTR 指令时 CPLIOPL 执行 CLI、IN、INS、LOCK、OUT、OUTS与 STI 指令时 CPLIOPL，即当前特权级低于 I/O 访问特权级。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 8 页 -页故障32 位微处理器中存储器分页管理时的任何页故障都会引起此类中断，中断向量为 0EH。11.3.3 保护模式下的DPMI 控制功能DPMI(DOS Proteted Mode Interface)控制功能或者控制函数是一种保护模式下的软件中断，系统使用了2FH 与 31H 两个中断向量号，因而构成了 INT 2FH 和 INT 31H两条保护模式软件中断指令。在保护模式操作系统环境下，用户的应用程序可以方便地调用这些功能子程序，如同第 5 章中介绍的DOS 功能调用一样。(1)INT 2FH 该 控 制 函 数 提 供 了80H/86H/87H/8AH 4 个功能调用号，分别是释放时间片/获取 CPU 操作模式/获取保护模式 进 入 点/获取API(Application Programming Interface)应用程序编程接口进入点。调用时只需在AH 寄存器中装载16H，将 4 个调用号中的某一个装入AL 寄存器即可。(2)INT 31H该控制函数提供了72 个功能名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 8 页 -调用号，而且功能号使用16 位，调用时作为入口参数直接装入AX 寄存器即可。例如 AX 0006H 的功能调用是获取某段的基地址 AX 0201H 的功能调用是设置实模式的中断向量AX 0506H 是获取某页的属性 AX 050BH 的功能调用是获取存储器信息等等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 8 页 -