TSS詳解 ——《x86組合語言：從真實模式到保護模式》讀書筆記33
TSS（Task State Segment，任務狀態段）詳解
1. TSS描述符
和LDT一樣，必須為每個TSS在GDT中建立對應的描述符。TSS描述符的格式如下圖：
B位是“忙”位（Busy）。在任務剛剛建立的時候，它應該為0，表明任務不忙。當任務開始執行時，或者處於掛起狀態（臨時被中斷執行）時，由處理器韌體把B位置1.
任務是不可重入的。就是說在多工環境中，如果一個任務是當前任務，那麼它可以切換到其他任務，但是不能從自己切換到自己。在TSS描述符中設定B位，並由處理器韌體進行管理，可以防止這種情況的發生。
2. TSS的格式
在一個多工環境中，當任務發生切換時，必須儲存現場（比如通用暫存器，段暫存器，棧指標等）。為了儲存被切換任務的狀態，並且在下次執行它時恢復現場，每個任務都應當有一片記憶體區域，專門用於儲存現場資訊，這就是任務狀態段（Task State Segment）。
在建立一個任務的時候，我們要為這個任務建立TSS並填寫其中的一些欄位。
前一任務連結（TSS Back Link）：TSS內偏移0處是前一個任務的TSS描述符的選擇子。
當Call指令、中斷或者異常造成任務切換，處理器會把舊任務的TSS選擇子複製到新任務的TSS的Back Link欄位中，並且設定新任務的NT（EFLAGS的bit14）為1，以表明新任務巢狀於舊任務中。關於這點我們會在第15章學習。在建立一個任務的時候，這個欄位可以填寫0.SS0，SS1，SS2和ESP0，ESP1，ESP2分別是0,1,2特權級堆疊的選擇子和棧頂指標。這些內容應當由任務的建立者填寫，且屬於填寫後一般不變的靜態欄位。
CR3和分頁有關，我們會在第16章學習。如果沒有啟用分頁，可以填寫0.
偏移為0x20~0x5C的區域是處理器各個暫存器的快照部分，用於任務切換時儲存現場。在一個多工環境中，每次建立一個任務，核心至少要填寫EIP,EFLAGS,ESP,CS,DS,SS,ES,FS和GS。當任務首次執行時，處理器從這些暫存器中載入初始執行環境，從CS：EIP處開始執行任務的第一條指令。
LDT選擇子是當前任務的LDT選擇子，由核心填寫，以指向當前任務的LDT。該資訊由處理器在任務切換時使用，在任務執行期間保持不變。
T（Debug Trap）位用於軟體除錯。在多工環境中，如果T=1，則每次切換到該任務的時候，會引發一個除錯異常中斷（int 1）.
I/O點陣圖基地址用來決定當前的任務是否可以訪問特定的硬體埠。關於這個，下文會具體說明。
3. I/O許可點陣圖（I/O Permission Bit Map）
EFLAGS暫存器的IOPL位決定了當前任務的I/O特權級別。如果在數值上CPL<=IOPL，那麼所有的I/O操作都是允許的，針對任何硬體埠的訪問都可以通過；如果在數值上CPL>IOPL，也並不是說就不能訪問硬體埠。事實上，處理器的意思是總體上不允許，但個別埠除外。至於個別埠是哪些埠，要找到當前任務的TSS，並檢索I/O許可點陣圖。
I/O許可點陣圖（I/O Permission Bit Map）是一個位元序列，因為處理器最多可以訪問65536個埠，所以這個位元序列最多允許65536位元（即8KB）。
如下圖中的綠色部分，第一個位元組代表埠0~7，第二個位元組代表埠8~15，以此類推。每個位元的值決定了相應的埠是否允許訪問。為1時禁止訪問，為0時允許訪問。
在TSS內偏移為102位元組的那個字單元，是I/O點陣圖基地址欄位，它指明瞭I/O許可點陣圖相對於TSS起始處的偏移，例如下圖中這個欄位的值是144.
有幾點需要說明：
1. 如果I/O點陣圖基地址的值>=TSS的段界限（就是TSS描述符中的段界限），就表示沒有I/O許可點陣圖。
2. 處理器要求I/O點陣圖的末尾必須附加一個全1的位元組，即0xFF.
3. 處理器不要求為每一個I/O埠都提供位對映，對於那些沒有在點陣圖中對映的位，處理器假定它對應的位元是1（禁止訪問）。
4. TSS描述符中的界限值包括I/O許可點陣圖在內，也包括最後附加的0xFF. 以下圖為例，TSS的界限值是149（總大小150減去1）。
【end】