Ucore_lab1 相关

• https://kiprey.github.io/2020/08/uCore-1/
• 学堂在线清华大学的Ucore实验指导书以及在线视频
• https://learningos.github.io/ucore_os_webdocs/lab1/lab1_2_1_exercise.html

第一点是一个博客，很优秀的文章，包含了很多很全的内容，借以引用。再在此基础上写自己的笔记。

第二点的内容是我认为需要仔细阅读和学习的，很有帮助。

（君子生非异也，善假于物也）

系统软件启动过程

BIOS 启动过程 及 bootloader 启动过程：

BIOS 将通过读取硬盘主引导扇区到内存，并转跳到对应内存中的位置执行 bootloader。bootloader 完成的工作包括：切换到保护模式，启用分段机制，读磁盘中 ELF 执行文件格式的 ucore 操作系统到内存，显示字符串信息把控制权，交给 ucore 操作系统。

 

特权级切换，中断与异常部分：

中断的进入：

CPU 根据得到的中断向量（以此为索引）到 IDT 中找到该向量对应的中断描述符，中断描述符里保存着中断服务例程的段选择子； - CPU 使用 IDT 查到的中断服务例程的段选择子从 GDT 中取得相应的段描述符，段描述符里保存了中断服务例程的段基址和属性信息，此时 CPU 就得到了中断服务例程的起始地址，并跳转到该地址； - CPU 会根据 CPL 和中断服务例程的段描述符的 DPL 信息确认是否发生了特权级的转换。比如当前程序正运行在用户态，而中断程序是运行在内核态的，则意味着发生了特权级的转换，这时 CPU 会从当前程序的 TSS 信息（该信息在内存中的起始地址存在 TR 寄存器中）里取得该程序的内核栈地址，即包括内核态的 ss 和 esp 的值，并立即将系统当前使用的栈切换成新的内核栈。这个栈就是即将运行的中断服务程序要使用的栈。紧接着就将当前程序使用的用户态的 ss 和 esp 压到新的内核栈中保存起来； - CPU 需要开始保存当前被打断的程序的现场（即一些寄存器的值），以便于将来恢复被打断的程序继续执行。这需要利用内核栈来保存相关现场信息，即依次压入当前被打断程序使用的 eflags，cs，eip，errorCode（如果是有错误码的异常）信息； - CPU 利用中断服务例程的段描述符将其第一条指令的地址加载到 cs 和 eip 寄存器中，开始执行中断服务例程。这意味着先前的程序被暂停执行，中断服务程序正式开始工作。

 

中断返回：

程序执行这条 iret 指令时，首先会从内核栈里弹出先前保存的被打断的程序的现场信息，即 eflags，cs，eip 重新开始执行；  如果存在特权级转换（从内核态转换到用户态），则还需要从内核栈中弹出用户态栈的 ss 和 esp，这样也意味着栈也被切换回原先使用的用户态的栈了； - 如果此次处理的是带有错误码（errorCode）的异常，CPU 在恢复先前程序的现场时，并不会弹出 errorCode。这一步需要通过软件完成，即要求相关的中断服务例程在调用 iret 返回之前添加出栈代码主动弹出 errorCode。

 

特权级的切换：

 x86特权级 0to3 :

计算机启动的时候的代码都是在内核态运行，通过中断切换特权级。产生中断是从0特权级到0特权级，不会发生切换栈的动作，会在当前栈压入一些内容，我们要将内核栈模仿成一个用户栈，压入SS SP ，将CPL改成3，通过iret指令完成特权级的切换。

 

x86特权级 3to0：

一旦产生中断，就会产生栈的切换，在内核栈中会压入用户态的SS SP CS IP 等信息，通过iret 指令还是会返回到3特权级，我们想让其留在0特权级，我们将修改栈，丢掉用户的SS， SP ，修改CS中的CPL为0。然后通过iret指令返回就完成了特权级的切换。