《自己动手写操作系统》小结

一、保护模式
在初始状态下寻址方式为实模式，CS:IP = CS*10+IP的方式确定物理地址。载入gdt后，CS表示 gdt中的偏移量，CS:IP相当于类似gdt[cs].base+IP的形式寻址。

组成：GDT：由多个段描述符(8bytes)组成，每个段描述符包含段的基地址，界限，属性。
段选择子(2bytes)：段选择符的相对GDT地址的偏移量。由于每个段描述符大小为2<<3byte，所以最低三位可用于记录TI(1bit)和RPL(2bits);TI位用于区分使用gdt还是ldt;rpl用作检验特权级;
1）加载gdt
2）打开A20地址线，地址92h第1位置1
3）寄存器cr0第0位置1
4）jmp dword 段选择子：偏移地址，长跳转jmp指令将填充CS和IP寄存器

二、分页机制
在只有保护模式段模式寻址的情况下，一个CS、IP描述的逻辑地址经GDT转换成一个线性地址，此时线性地址=物理地址。使用分页机制下，线性地址与物理地址之间多了一层映射关系。

组成：页目录表：由多个PDE(4bytes)组成，每个PDE指向一个页表
页表：由多个PTE(4bytes)组成，每个PTE指向一个物理页
开启方式：
1）将页目录表地址加载到cr3
2）打开cr0的最高位

以32位系统为例。
线性地址的高10位表示页目录表中的偏移量，由此可得出页表的地址。
中间10位表示页表中的偏移量，由此可得出物理页的地址。
低12位表示物理页中的偏移量。
使用4KB页最多可以表示2^10*2^10*4KB=4GB空间

三、特权级变换
特权级从高特权到低特权分为0、1、2、3级，主要表示在GDT和门描述符的DPL，选择子的RPL和CS、SS的CPL上，用于限制对段的访问权限，内核段一般处于0级特权级上。用户程序通常处在3级特权级上，当发生中断时，分别由从低特权级（用户）转移到高特权级（内核）和高特权级转移到低特权级两个变换过程。

中断
中断也有一个与GDT、LDT类似的IDT，记录了中断描述符也就是一种门描述符。中断描述符分为三类：中断门，陷阱门，任务门。
门描述符主要由选择子，偏移地址，DPL等属性组成。选择子和偏移地址描述了目标代码的地址，以及RPL_A。
假设代码段A通过门描述符C调用目标代码B，需要校验CPL_A、DPL_C,RPL_A,DPL_B。
其中RPL_A≤DPL_C,CPL_A≤DPL_C,DPL_A≥DPL_B
首先A对门的调用要符合对代码段调用的规则，也就是A所用的RPL和CPL特权级都必须高于门的特权级。然后校验A的CPL与B的DPL，对于一致代码段，要求CPL==DPL，对于非一致代码段，要求A特权级不高于B的特权级即CPL_A≤DPL_B。
中断分为外部中断和 int引起的中断。int 0-31是已定义的中断，32-255时用户自定义。外部中断由硬件产生，分为NMI引脚非屏蔽中断和INTR引脚可屏蔽中断两种。可屏蔽中断由8259A主、从两片可编程中断控制器通过INTR发送到CPU，其中每片8个IRQ，从片关联到主片的IRQ2位置上。进入了保护模式后，中断向量要重新跟关联到中断描述符上。由于int0~int15已经定义了中断，所以IRQ0~IRQ15要重新关联到int 32以后。
初始化8259A过程:1）往20h（主）或A0h（从）写入ICW1
2）往21h或A1h写入ICW2
3）往21h或A1h写入ICW3
4）往21h或A1h写入ICW4
5) 往21h或A1h写入屏蔽码OCW1

TSS
由于任务或进程会在0到3几个特权级之间切换，不同的特权级使用的堆栈不同，而切换时需要保存当前的堆栈及CPU信息，这些信息将被保存到TSS上，并根据切换的特权级取出相应的堆栈指针。TSS在GDT中占用一个描述符，并且要通过ltr命令加载其选择子。在调用时门堆栈指针会自动切换到TSS相应位置中。
堆栈指针从RING3->RING0切换过程：
1）从用户堆栈切换到TSS，并将寄存器压栈
2）从TSS取出新的SS和ESP
3）执行调用门

多进程
这里的进程是用一个函数代表，也就是一个简单的代码段，算是一个非常简化的例子，主要用来说明切换时的细节。
进程主要是在时钟中断中进行，维护一个进程表记录CPU、堆栈的状态及返回地址等必要信息，一个指向当前进程的进程表指针。cpu调度算法比较简单，通过预先设定的优先级执行，在每次时钟中断时，修改TSS中返回地址的内容，使其下一次时钟中断切换到下一个准备好的进程。