中断描述符表

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摘要

1. 中断描述符表
2. 中断描述符寄存器
3. 中断细节
4. 中断错误码

中断描述符表

什么是中断描述符表？

中断描述符表是保护模式下用于存储中断处理程序的数据结构。CPU在接收到中断时，会根据中断向量在中断描述符表中检索对应的描述符。

中断描述符表中的描述符有哪些类型？

中断描述表中的主要包含以下类型：

• 任务门描述符
• 中断门描述符
• 陷阱门描述符
• 调用门描述符

任务门描述符结构如下：

任务门需要和任务状态段（TSS）配合使用，这是Intel处理器在硬件一级提供的任务切换机制。任务门可以存在于全局描述符GDT、局部描述符表LDT以及中断描述符表IDT中。

中断门描述符结构如下：

中断门包含中断处理程序所在的段选择子和段内偏移地址，当通过此方式进入中断后，标志寄存器eflags中的IF位自动置0，表示把中断关闭，避免中断嵌套。中断门只存在于中断描述符表IDT。

陷阱门描述符结构如下：

通过陷阱门进入中断，标志寄存器eflags的IF位不会自动置0，陷阱门只允许存在于IDT中。

调用门描述符结构如下：

调用门是用户进程用来进入0特权级的方式，其DPL为3。调用门可以在GDT和IDT中存在的，只能使用call和jmp指令调用。

中断描述符表存储的位置不固定。

中断描述符寄存器

如何找到中断描述符表？

CPU内部有个中断描述符寄存器IDTR，该寄存器的结构图如下图：

第0~15位是表界限，即IDT减1，可容纳8192个中段描述符；第16~47位是IDT的基地址。

通过lidt 48位内存数据指令便可将中断描述符表的信息加载到IDTR寄存器中。

中断细节

中断处理过程包含哪两部分？

CPU外部：外部设备的中断由中断代理芯片接收，处理后将该中断的中断向量号发送给CPU

CPU内部：CPU执行该中断向量号的中断处理程序

如何在中断描述表中定位中断描述符？

每个中断描述符号占用8字节，所以使用中断向量号与8相乘，相当于得到偏移地址，然后从IDTR寄存器中取出中断描述符表的基址，将两个地址相加，便能定位到中断描述符的地址。

中断门处理器如何进行特权级检查？

对于内部中断来说，要求检查当前特权级CPL和中断门描述符DPL及门描述符对应的的代码段的DPL，在数值上满足以下关系：

目标代码段DPL < 当前特权级CPL < 门描述符DPL

对于外部中断，检查当前特权级CPL和目标代码段的DPL，在数值上满足以下关系：

目标代码段DPL < 当前特权级CPL

如何执行中断处理程序？

将门描述符中的目标代码段描述符选择子加载到代码段寄存器CS中，把门描述中中断处理程序的偏移地址加载到EIP，便开始执行中断程序。

如何确定使用新栈还是旧栈？

程序的运行需要栈，由于不同的特权级需要使用不同的栈，因此当涉及到特权级变化后，便需要开启新栈。

使用新栈时需要压入哪些信息？

• 旧栈环境下SS和ESP的值
• 标志寄存器EFLAGS的值
• 备份CS和EIP的值
• ERROR_CODE中断错误码

特权级不发生变化时，不需要压入旧栈环境下SS和ESP的值。

中断处理程序执行完成以后执行返回指令时，CPU会将上述值从栈中弹出，但是ERROR_CODE需要我们手动弹出。

为什么要保存CS和EIP的值？

当我们中断处理程序在返回时，检查备份的CS选择子，根据其RPL和DPL做特权级检查，如果通过，则需要更新寄存器CS和EIP，这样才可以恢复到中断之前的代码段。

该特权级检查的结果还决定了是否需要恢复SS和ESP的值，如果特权级没有发生变化，不需要恢复，因为中断处理程序和我们的应用程序是同一个栈，否则便需要恢复栈。

中断错误码

中断错误码只是用来指明中断发生在哪个段上，结构如下图：

EXT用来指明中断源来自处理器内部还是外部，1代表中断源是不可屏蔽中断或外部设备。

IDT表示选择子是否指向中断描述表，1表示执行IDT，否则指向GDT或LDT。

当IDT为1：TI为0表示从GDT中检索描述符，为1表示从LDT检索描述符。

选择子高13位索引就是用来索引描述符用的下标。