Шпоры к экзамену,3 лабы(4 вар) / Таблица векторов прерываний

Таблица векторов прерываний (англ. Interrupt Descriptor Table, IDT) используется в x86 архитектуре и служит для связи обработчика прерывания с вектором (номером прерывания).

В микропроцессорах 8086/80186 таблица векторов прерываний расположена в первом килобайте памяти начиная с адреса 0000:0000 и содержит 256 векторов прерываний в формате сегмент:смещение. Начиная с процессора 80286, адрес в физической памяти и размер таблицы прерываний определяется 48-битным регистром IDTR.

В IDT используются следующие типы прерываний: аппаратные прерывания, программные прерывания и прерывания, зарезервированные процессором, называемые исключениями (первые 32) на случай возникновения некоторых событий (деление на ноль, ошибка трассировки, переполнение).

В реальном режиме элементом IDT является 32-битный FAR адрес обработчика прерывания.

В защищённом режиме элементом IDT является шлюз прерывания длиной 8 байт, содержащий сегментный (логический) адрес обработчика прерывания, права доступа и др.

В длинном режиме размер дескриптора прерывания увеличен до 16 байт.

В режиме V86 при использовании расширения VME таблица векторов располагается по виртуальному адресу 0000:0000. Без использования этого расширения (и в том случае, если переадресация прерываний запрещена) при возникновении прерывания процессор покидает режим V86 и выполняет обычный обработчик защищённого режима.

Инициализация IDT

Первый этап инициализации выполняется BIOS, перед загрузкой ОС. Второй непосредственно самой операционной системой. Операционной системе доступно изменение некоторых адресов прерываний.

Глобальная дескрипторная таблица

Глобальная дескрипторная таблица одна. Она общая для всех задач. Её размер и расположение в физической памяти определяются регистром GDTR. Размер таблицы не может превышать 8192 дескрипторов, поскольку лимит в регистре GDTR двухбайтный и хранит размер таблицы минус один (максимальное значение лимита - 65535), а 8192 x 8 = 65536.

Дескрипторы LDT и сегментов задач (TSS) могут находиться только здесь.

Особенностью GDT является то, что у неё запрещён доступ к первому (с нулевым смещением относительно начала таблицы) дескриптору. Обращение к нему вызывает исключение #GP, что предотвращает обращение к памяти с использованием незагруженного сегментного регистра.

Локальная дескрипторная таблица

В отличие от GDT, LDT может быть много (соответственно количеству задач (потоков), но не обязательно). Каждая задача может иметь свою.

Размер и расположение LDT в линейной памяти определяются дескриптором LDT из GDT (но это не означает, что размер LDT может быть больше 65536 байт).

Первый дескриптор LDT (№0) использовать можно.

TSS (англ. Task State Segment — сегмент состояния задачи) — специальная структура в архитектуре x86, содержащая информацию о задаче (процессе). Используется ОС для диспетчеризации задач. В TSS содержится информация о:

• Состоянии регистров процессора;

• Разрешениях на использование портов ввода-вывода;

• Указатели на стек внутреннего уровня;

• Ссылка на предыдущую запись TSS (для задач диспетчеризации).

Расположение TSS

Может находиться где угодно в памяти. Специальный сегментный регистр (Регистр Задачи — TR) содержит селектор сегмента, который указывает на действительный сегментный дескриптор TSS, постоянно хранящийся в GDT (может не храниться в LDT). Для использования TSS ядро ОС должно выполнить следующие шаги:

• Создать дескриптор TSS в глобальной таблице дескрипторов;

• Загрузить регистр процесса (TR) с селектором сегмента для этого сегмента;

• При необходимости добавить информацию в TSS в памяти.

В целях безопасности TSS должен быть расположен в области памяти, доступной только для ядра.

Регистр задачи TR

TR — 16-битный регистр, содержащий селектор сегмента для TSS. Может быть загружен через инструкцию LTR. Состоит из двух частей: одна из них видима и доступна программисту, а другая, не видимая часть, автоматически подгружается из дескриптора TSS

GDTR (англ. Global Descriptor Table Register — регистр глобальной дескрипторной таблицы) — специальный 48-битный регистр, который описывает местоположение и размер таблицы, содержащей дескрипторы. Он появился вместе с механизмом защиты в 80286 моделях процессоров как сегментный механизм защиты.

Регистр содержит два поля: первое поле — первые 32 бита, описывают линейный адрес, по которому должна быть расположена дескрипторная таблица, а последние 16 бит — лимит, определяющий размер таблицы в байтах. Каждый дескриптор занимает в памяти по 8 байт, потому лимит всегда должен вычисляться так: limit = 8*n — 1, где n — количество дескрипторов.

При инициализации операционной системы глобальная дескрипторная таблица обычно создаётся на полное количество дескрипторов (limit = 65535), или 8192 дескрипторов. Затем вычисляется физический адрес начала таблицы, и загружается регистр GDTR специальной ассемблерной инструкцией LGDT (англ. Load GDT):