Linux内核分析二

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1、第一章INTEL体系结构概述Intel的32位处理器提供了很多对操作系统的支持,这些支持已经集成到了处理器的系统级体系结构中。这些支持能够对下述工作提供帮助：MemorymanagementProtectionofsoftwaremodulesMultitaskingExceptionandinterrupthandlingMuitiprocessingCachemanagementHardwareresourceandpowermanagementDebuggingandperformaneemonitoring当然，只冇系统程序员才用这些系统级体系结构的特性。1.1特权级Intel

2、系统级体系结构提供了四个特权级，编号从0到3,其屮0级是最高特权级，3级是最低特权级。将特权级的概念引入系统体系结构是为了实现保护。所谓386保护模式既是在此概念基础上建立起来的。系统中每个段(代码段、数据段、堆栈段等)都有口己的特权级,系统中每个程序或任务也都冇自己特权级。特权级低的任务不能调用特权级高的任务，也不能存取特权级高的数据段。卜-图展示了特权级及具保护环：图1.1ProtectionRingsOperatingSyjilwniKernelOperatingSystemServicesApplicationsProtectionRings环的中心(0级)保留给最高特权的代码

3、、数据和堆栈，通常由操作系统的内核使用；外层环(3级)川于特权级要求不高软件，通常的应川程序运行在第3级。应川程序无法直接访问0S的代码和数据，从而保证了0S的安全。经常用的冇下面儿个特权级：DPL(DescriptorPrivilegeLevel),CPL(CurrentPrivilegeLevel),RPL(RequestorPrivilegeLevel),EPL(EffectivePrivilegeLevel),10PL(1/0PrivilegeLevel)。1.2操作模式Intel体系结构支持三种操作模式和一种准操作模式：1.保护模式：这是处理器的一种最白然的操作模式。在这种模

4、式下，处理器的所有指令以及体系结构的所有特色都是可用的，并且能够达到最高的性能。2.实模式：这种模式提供了Intel8086的编程环境，并有一些扩展。3.系统管理模式：这是-•种特殊的操作模式，它仅捉供给系统固件使用，应用软件和操作系统都不用该模式。进入系统管理模式的唯一途径是系统管理中断（SM1）。当进入该模式时，首先保存处理器的当前状态，然后切换到一个完全分离的操作环境中，执行SMI处理程序代码，完成诸如：关掉不再使用的硬盘驱动器电源、关掉显示器、挂起整个系统、执行私有代码等工作。SMT处理程序执行完后，再恢复处理器状态，切换回保护模式或实模式。整个处理过程对应用程序和操作系统都是

5、透明的，是在一个完全独立的坏境屮完成的。4.虚拟8086模式：这是一个准操作模式，它允许处理器在保护模式、多任务环境下执行8086软件。各模式之间的转换关系如下：Reset处理器加电或Reset重启麻，首先进入实模式。操作系统初始化部分负责从实模式到保护模式的切换。实模式和保护模式Z间的切换由控制寄存器CR0的PE位控制；保护模式和虚拟8086模式Z间的切换由EFLAGS寄存器的VM位控制；通过SMI中断进入系统管理模式，在系统管理模式下执行指令RSM再切换回原來的（进入系统管理模式前的操作模式）操作模式。以下只讨论保护模式。1.3系统级体系结构INTEL的系统级体系结构山一组寄存器、

6、数据结构和专门为支持基本的系统级操作而设计的指令组成。下图描述了该体系结构中系统级的寄存器和数据结构:图1.3.System-LevelRegistersandDataStructuresEFLAGSRegisterPhysicalAddress•■■■■却r.LinearAddressCode,DataorStackSegmentControlRegisters

7、Register1SegmentSeLITOSGeg.SeLSegmen^SelectorinterruptVectorInterruptDescriptorTable(IDT)InlOfTuptGotoTaskGateTr

8、apGaterIDTRCall-GateSegmentSelectorSeg.Desc.TSSDeg.Seg.Desc.TSSDesc.LTDDesc.1LocalDescriptorTabla(LDT)Seg・Desc.CallGateGlobalDescriptorTable(GDT)Current--TSSTask-StateSegment(TSS)TaskLData

9、InterruptHandlerTask-StateSegment(T