【0】README

text description from orange’s implemention of a os and for complete code ,please visit https://github.com/pacosonTang/Orange-s-OS/blob/master/p62.asm.

【1】 回憶——關於堆疊

通過呼叫門進行有特權級變換的轉移——理論篇

• （1）出現的問題： call 指令 執行前後的堆疊已經不再是同一個堆疊 了，那麼我們在堆疊A中壓入引數和返回地址， 需要出棧（ret or retf）時，堆疊卻變成了堆疊B， 這該怎麼辦呢？

• （2）解決方法： Intel提供一種機制， 將堆疊A的內容複製到 堆疊B中， 如下圖；
  
  

• （3）TSS閃亮登場（task-state segment -任務狀態段）
  （不同特權級的程式碼段間的轉移，會發生堆疊切換，使得呼叫者的入棧的堆疊是針對呼叫者本身的堆疊， 而出棧操作是針對被呼叫者的堆疊，即入棧和出棧的堆疊不一致，使得特權級間跳轉出錯，故引入了 TSS）

• 出現的問題： 由於每個任務可能在4個特權級間轉移，故每個任務實際上需要4個堆疊；問題是：我們只有一個ss 和 esp， 那麼當發生堆疊切換，我們該從哪裡獲取其他堆疊的ss 和 esp 呢？

• 解決方法： 我們引入TSS， 它可以解決這個問題， TSS 資料結構 和 TSS段描述符的資料結構 如下；
  
  
  

【2】舉個荔枝：

如，我們當前在ring3 ， 當轉移只ring1 時， 堆疊將被自動切換到由 ss1 和 esp1 指定的位置。由於只是在外層到內層（低特權級到高特權級）切換時，新堆疊才會從TSS中取得，所以TSS 並沒有位於最外層 ring3 的堆疊資訊；

（2.1）轉移的過程中，CPU所做的工作：

• 1） 根據目的碼段的DPL，從TSS中選擇應該切換到哪個ss 和 esp；
• 2） 從TSS 中讀取新的ss 和 esp。在這個過程中，若發現ss、esp 或者 TSS 界限錯誤都會導致無效 TSS異常；
• 3） 對ss 描述符進行檢驗，若發生錯誤，同樣產生#TS異常；
• 4） 暫時性儲存當前ss 和 esp 的值；
• 5） 載入新的 ss 和 esp；
• 6） 將剛剛儲存起來的ss 和 esp 的值壓棧；
• 7） 從呼叫者堆疊中將引數 複製到被呼叫者堆疊中（新堆疊中）， 複製引數的數目由呼叫門中 Param Count一項來決定；
• 8） 將當前的 cs 和 eip 壓棧；
• 9） 載入呼叫門中指定的新的cs 和 eip， 開始執行被呼叫者過程；

（2.2）從被呼叫者到呼叫者的返回過程中， 處理器的工作：
（實際上，ret這個指令不僅可以實現短返回和長返回， 而且可以實現帶有特權級變換的長返回）

• 1）檢查儲存的cs 中的RPL 以判斷返回時是否要變換特權級；
• 2）載入被呼叫者堆疊上的cs 和eip；
• 3）如果ret 指令含有引數，則增加esp 跳過引數，然後esp 將指向被儲存過的呼叫者ss 和 esp ；ret的引數個數對應 呼叫門中的 Param Count的值；
• 4）載入ss 和 esp ， 切換到呼叫者堆疊，被呼叫者的ss 和 esp 被丟棄；
• 5）如果ret 指令含有引數， 增加esp 的值以跳過引數；
• 6）檢查ds、es、fs、gs的值，如果其中哪一個暫存器指向的段的DPL 小於CPL（此規則不適用於一致程式碼段），那麼一個空描述符會被載入到該暫存器；

【3】總結：（使用呼叫門的過程實際上分為兩部分）

• （1）從低特權級到高特權級，通過呼叫門和call 指令來實現；
• （2）從高特權級到低特權級， 通過ret 指令來實現；（即，ret 指令可以實現從高特權級到低特權級的轉移）

（Attention）：

• A1）從呼叫者堆疊中將引數複製到被呼叫者堆疊（新堆疊）中， 複製引數的數目由 呼叫門中 Param Count 一項來決定，（呼叫門中 Param Count的作用）；
• A2） ret（retf）是call 的反過程， 只是帶引數的ret 指令會同時釋放事先被壓棧的引數；

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