linux0.12--7.进程0的创建与执行

1.进程0的创建 
1.1 构造进程0的ldt与tss --> 在include/linux/sched.h中

152 /*
153 * INIT_TASK is used to set up the first task table, touch at
154 * your own  Base=0, limit=0x9ffff (=640kB)
155 */
156 #define INIT_TASK
157     /* state etc */ { 0,15,15,
158     /* signals */ 0,{{},},0,
159     /* ec,brk... */ 0,0,0,0,0,0,
160     /* pid etc.. */ 0,0,0,0,
161     /* suppl grps*/ {NOGROUP,},
162     /* proc links*/ &init_task.task,0,0,0,
163     /* uid etc */ 0,0,0,0,0,0,
164     /* timeout */ 0,0,0,0,0,0,0,
165     /* rlimits */ { {0x7fffffff, 0x7fffffff}, {0x7fffffff, 0x7fffffff},
166               {0x7fffffff, 0x7fffffff}, {0x7fffffff, 0x7fffffff},
167               {0x7fffffff, 0x7fffffff}, {0x7fffffff, 0x7fffffff}},
168     /* flags */ 0,
169     /* math */ 0,
170     /* fs info */ -1,0022,NULL,NULL,NULL,NULL,0,
171     /* filp */ {NULL,},
172         {        -->ldt
173          {0,0},               -->selector=0x07
174          {0x9f,0xc0fa00},     -->selector=0x0F,进程0的代码段,[0-640K],DPL=3,TYPE=0x0a,(0x9F+1)*4096/1024=(636+4)K
175          {0x9f,0xc0f200},     -->selector=0x17,进程0的数据段,[0-640K],DPL=3,TYPE=0x02
176         },
177      {0,PAGE_SIZE+(long)&init_task,0x10,0,0,0,0,(long)&pg_dir,  --> tss
178       0,0,0,0,0,0,0,0,
179       0,0,0x17,0x17,0x17,0x17,0x17,0x17,
180       _LDT(0),0x80000000,      -->gtd[5]是进程0的ldt
181       {}
182         },
183 }

上图出自《Linux内核完全注释V3.0.pdf》P122
1.2 把上面的数组放进数组中 --> 在kernel/sched.c中

67 static union task_union init_task = {INIT_TASK,}

1.3 挂接进程0的tss与ldt -->在kernel/sched.c中

418 void sched_init(void)
419 {
420      int i;
421         struct desc_struct * p;
422
423      if (sizeof(struct sigaction) != 16)
424                 panic("Struct sigaction MUST be 16 bytes");
425         set_tss_desc(gdt+FIRST_TSS_ENTRY,&(init_task.task.tss));    -->将进程0的tss与gdt[4]连接
426         set_ldt_desc(gdt+FIRST_LDT_ENTRY,&(init_task.task.ldt));    -->将进程0的ldt与gdt[5]连接
427         p = gdt+2+FIRST_TSS_ENTRY;
428      for(i=1;i<NR_TASKS;i++) {
429                 task[i] = NULL;
430                 p->a=p->b=0;
431                 p++;
432                 p->a=p->b=0;
433                 p++;
434      }
435     /* Clear NT, so that we won't have troubles with that later on */
436         __asm__("pushfl ; andl $0xffffbfff,(%esp) ; popfl");      -->保证iret切换任务时EFLAGE的N位必须为1
437         ltr(0);        -->加载tr，注意这儿lldt与ltr都是加载selector
438         lldt(0);       -->加载ldt,然后根据selector找到相应的内容去加载真正的地址
439         outb_p(0x36,0x43); /* binary, mode 3, LSB/MSB, ch 0 */
440         outb_p(LATCH & 0xff , 0x40); /* LSB */
441         outb(LATCH >> 8 , 0x40); /* MSB */
442         set_intr_gate(0x20,&timer_interrupt);
443         outb(inb_p(0x21)&~0x01,0x21);
444         set_system_gate(0x80,&system_call);
445 }

1.4 set_ldt_desc --> 在include/asm/system.h中
在gdt[n+常数]处嵌入ldt,将参数addr填到基地址中

#define _set_tssldt_desc(n,addr,0x82)
__asm__ ("movw $104,%1"   -->BYTE[0-1]:TSS与LDT段限长=104
    "movw %%ax,%2"        -->BYTE[2-3]:段基址[0-15]
    "rorl $16,%%eax"      -->将eax的高16位与低16位交换
    "movb %%al,%3"        -->BYTE[4]: al是段基址的[16-23]
    "movb $0x82,%4"       -->BYTE[5]: P=1 DPL=0 S=0 TYPE=2(数据段) TYPE=9(代码段)
    "movb $0x00,%5"       -->BYTE[6]: 置0 G=0,DB=0,AVL=0
    "movb %%ah,%6"        -->BYTE[7]: ah是段基址的[24-31]
    "rorl $16,%%eax"      -->将eax的高16位与低16位再交换一次，即把eax恢复成原值
    ::"a" (addr), "m" (*(n)), "m" (*(n+2)), "m" (*(n+4)),
     "m" (*(n+5)), "m" (*(n+6)), "m" (*(n+7))
    )

2. 进程0的启动 --> 在include/asm/system.h中
由特权级0 切换到特权级3

#define move_to_user_mode()
__asm__ ("movl %%esp,%%eax"
    "pushl $0x17"          -->SS=等于任务0的LDT数据段选择子=0x17,index=2,Ti=1(LDT),RPL=3
    "pushl %%eax"          -->ESP=任务0的堆栈
    "pushfl"               -->EFLAGS=任务0的标志寄存器
    "pushl $0x0f"          -->CS=任务0的LDT代码段选择子=0xF,index=1, TI=1(LDT),RPL=3
    "pushl $1f"            -->EIP=任务0的代码指针，就是下面的标号1
    "iret"                 -->iret之后就切换到任务0中去了，就是跳到下面的标号1去执行了
    "1: movl $0x17,%%eax"
    "mov %%ax,%%ds"
    "mov %%ax,%%es"        -->这几行就是把ds,es,fs,gs指向进程0的数据段
    "mov %%ax,%%fs"
    "mov %%ax,%%gs"
    :::"ax")

a. 关于iret
intel手册中IRET只会将EIP，CS，EFLAGS弹出，但是当有特权级的切换时，SS:ESP也被弹出
iret之后的出栈顺序是固定的，如下:
     EIP --> CS --> EFLAGS --> ESP --> SS        
b. 这儿只是改变了SS堆栈特权级，ESP的内容没有改变

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附录1. 关于段限长
以下出自:[笔记] 当段限长是0的时候意味着什么
%B6%CE%CF%DE%B3%A4
问题： 当代码段描述符中，段限长为0的时候，代码段多长？
答：当段限长为0的时候，代码段的长度并不是零，而是1个长度单位。长度单位取决于颗粒度。
当颗粒度为0的时候，段的长度单位是字节，限长0代表段的长度是1字节，即段中可以存储1个字节的内容
当颗粒度为1的时候，段的长度单位是4KB，限长0代表段的长度是4KB，即段中可以存储4KB的内容
抽象出，当段限长为n的时候，段的长度是(n+1)个长度单位。

例如，4.9节中的例子，代码段的限长是0x7FF，颗粒度是1。
则，段的长度是(0x7FF + 1) = (0x800) = 2^11个长度单位 =2^11 * 4KB = 8 * (2^10) KB = 8 MB

颗粒度表示用什么方式来计算长度。
颗粒度为0，表示用字节来计算。
颗粒度为1，表示用页数来计算，因为每页大小为4KB