关于一致/非一致代码段与TSS 关系的个人看法

【0】概念定义

• 0.1）一致代码段:
  简单理解，就是操作系统拿出来被共享的代码段,可以被低特权级的用户直接调用访问的代码， 但是特权级高的程序不允许访问特权级低的数据.
  通常这些共享代码，是”不访问”受保护的资源和某些类型异常处理。比如一些数学计算函数库,为纯粹的数学运算计算,
  被作为一致代码段.
  一致代码段的限制作用
  1.特权级高的程序不允许访问特权级低的数据:核心态不允许调用用户态的数据.
  2.特权级低的程序可以访问到特权级高的数据.但是特权级不会改变:用户态还是用户态.

• 0.2）非一致代码段:
  为了避免低特权级的访问而被操作系统保护起来的系统代码.
  非一致代码段的限制作用
  1.只允许同级间访问.
  2.绝对禁止不同级访问:核心态不用用户态.用户态也不使用核心态. （调用门除外）
  [problem] 那低特权级段如何对高特权级的非一致代码段进行访问呢？
  通常低特权代码必须通过 “门” 来实现对高特权代码的访问和调用.

• 0.3）门
  为了对具有不同特权级的代码段提供受控的访问，处理器提供了称为门描述符的特殊描述符集，有4种门描述符：

• 1. 调用门（call gate）， 类型TYPE=12： 用于在不同特权级间实现受控的程序控制转移；
• 2. 陷阱门（trap gate），类型TYPE=15：用于调用异常和中断的处理程序；
• 3. 中断门（interrupt gate），类型TYPE=14：用于调用异常和中断的处理程序；
• 4. 任务门（task gate），类型TYPE=5：用于任务切换；

Example-看个荔枝：
E1）问题：代码A调用代码B，运用调用门G，而调用门G相当于一个选择子的角色（看它的数据结构，你就知道）；
当然，要知道，代码A调用代码B，实际上是通过jmp selector：0 跳转到代码B的， 而selector存储在调用门G中；
E2）调用过程如下：

• （1）而代码A 访问 G时，相当于访问一个数据段，要求代码A的CPL和RPL都小于或等于DPL_G，即CPL和RPL需要更高的特权级上。（数值上而言）
• （2）接着，还要比较CPL和DPL_B；
  
  • （2.1）若B是一致代码段的话，要求DPL_B <= CPL；
  • （2.2）如果是非一致代码段的话，call指令和jmp指令又有不同；
    
    • （2.2.1）call调用，要求DPL_B <= CPL
    • （2.2.2）jmp调用，要求DPL_B = CPL

in a word: 通过调用门和call指令，可以实现从low level 到 high level 的转移， 无论目标代码是一致还是非一致。（干货）

• 0.4）TSS描述符

1）使用调用或跳转指令，任何可以访问TSS 描述符的程序都可以进行任务切换。
2）可以访问TSS 描述符的程序其 CPL 必须小于或等于 TSS描述符的 DPL， 要知道， 大多数系统中， TSS描述符的DPL字段 设置成小于 3， 这样一来，只有具有特权级的软件可以执行任务切换操作；

软件或处理器可以使用如下方法来调度一个任务的执行：
（1）使用CALL 指令明确调用一个任务；
（2）使用JMP 指令明确跳转到一个任务（Linux 内核使用的方式）；
（3）（由处理器）隐含地调用一个中断句柄处理任务；
（4）隐含地调用一个异常句柄处理任务；

任务门描述符

• 0）定义：任务门描述符中的TSS 选择子字段指向 GDT 中的一个TSS 段描述符， 这个TSS选择子中的RPL不用；
• 1）任务门描述符中的 DPL 用于在任务切换时控制对 TSS 段的访问：
  
  • 1.1）当程序通过任务门调用或跳转到一个任务时，程序的CPL 以及 指向任务门的门选择子的RPL值 必须小于等于任务门描述符的DPL；
  • 1.2）程序可以通过任务门描述符或TSS段描述符来访问一个任务；

【2】关联关系

Attention（感觉os的 程序（被调用者）， 和程序（调用者）是关联数据库中的多对多的关系）（干货）

• A1）首先， 要知道 操作系统的程序有些是共享的，有些是非共享的；而程序的调用者，有些调用者是可以访问非共享程序，有些调用者是不可以访问非共享程序的；而所有调用者都可以访问共享程序。（一致代码段就是共享的， 非一致代码段就是非共享的）
• A2）显然，os 通过设置高特权级来保护某些程序，以防被不使用TSS机制的低特权级程序调用， 而通过设置低特权级来共享某些程序；
  A3）通过TSS 实现任务切换，给低特权级的调用者和高特权级的被调用者搭建起了一个桥梁；

那 os 如何实现允许某些调用者访问非共享的程序呢？
那就引入了TSS机制来允许低特权级的调用者访问高特权级的被调用者；
程序员创建TSS描述符， TSS选择子， TSS所占的内存空间，然后调用者通过调用TSS选择子（装有TSS选择子的任务门描述符的选择子） 实现低特权级转移到高特权级；

因为-Reason：

• R1）未引入门或TSS机制前， CPU的 特权级检查规则是：调用者的CPL 和 被调用者选择子的RPL 去和 被调用者的DPL 进行比较，检验；（具体规则，这里略去）
• R2）引入TSS 机制后， CPU的特权级检查规则是：
  
  • R2.1）若使用 TSS选择子 实现任务切换：调用者的CPL 必须小于或等于TSS描述符的DPL；
  • R2.2）若使用 装有调用TSS选择子的任务门描述符 实现任务切换：调用者的CPL和指向任务门的门选择子的RPL 必须小于等于任务门描述符的DPL，注意，当使用任务门时，目标TSS段描述符的DPL忽略不用；
• R3）总结：如果使用TSS机制实现任何切换的话， 调用者的特权级和被调用者的特权级完全是隔开的， 没有任何比较或检验的规则在里面；