80286的任务状态段与任务切换

调用门描述符用于系统调用 中断门描述符本质是新的中断向量表 任务状态描述符则用来在任务切换时保存任务状态

任务

任务的一个例子就是进程。任务切换的一个例子就是进程切换。 一个任务包括以下内容：

  1. 一段或几段可执行的任务代码
  2. 一段或几段任务中用得到的数据
  3. 任务在各个特权级上执行时用到的堆栈
  4. 任务的LDT，用来构成该任务私有的局部地址空间
  5. 一个任务状态段

任务状态段的格式

当一个任务被暂停执行时，CPU将该任务的某些信息存在任务状态段中。当一个原来挂起的任务被恢复执行时，CPU从该任务的任务状态段读取这些信息，恢复到任务被暂停时的状态，接着执行。存在任务状态段的信息是CPU规定并在任务切换时CPU读写的，不是一个程序员自己定义的数据结构。

任务状态段(TSS, Task State Segment)由两部分组成：

  1. 动态部分，处理器在每次任务切换时会设置这些字段值： 1.1 通用寄存器（EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI）。 1.2 段寄存器（ES，CS，SS，DS，FS，GS） 1.3 状态寄存器（EFLAGS） 1.4 指令指针（EIP） 1.5 前一个执行的任务的TSS段的选择子（只有当要返回时才更新）。

  2. 静态字段，处理器读取，但从不更改。这些字段包括： 2.1 任务的LDT选择子 2.2 页目录基址寄存器（PDBR）（当启用分页时，只读 当前讨论的80286并没有，到80386才有 2.3 内层堆栈指针，特权级0-2，三个特权级每个特权级一个，特权3不需要，原因是（1）当前特权级为3时，堆栈指针存在SS,SP中，（2）当前特权级不是3时，特权级3的堆栈指针被复制到当前代码的堆栈中。 2.4 T-位，指示了处理器在任务切换时是否引发一个调试异常。 2.5 I/O 位图基址,描述当前任务具有哪些IO口(in, out指令访问的那种IO口）的访问权限。

任务切换

任务切换操作将做以下的步骤：

1、 检测当前任务有权切换到指定的任务。这时数据访问规则将用于检测JMP或CALL指令。TSS描述符或者任务门的DPL字段必须小于或者等于CPL和门选择子RPL字段的最大值。中断、异常、IRET指令可以切换到任何任务，而不必管目标TSS描述符或者目标任务门的DPL字段。

2、 检测目标TSS描述符存在的，而且有一个有效的界限值。到这时，所有的错误都算是在的引发任务切换（outgoing task）的上下文中发生的。错误是可以被处理和重起的，且对于应用程序是透明的。

3、 保存当前任务的状态。处理器从任务寄存器中缓存的不可见部分来找到当前任务的基址。处理器拷贝寄存器值到当前任务TSS（EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI, EDI, ES, CS, SS, DS, FS, GS, 和 标志寄存器EFLAG）。EIP字段则指向引起任务切换的指令的下一条指令。

4、 将新的任务的选择子加载到任务寄存器，将新任务的TSS描述符设置为忙。设置MSW的TS（task switched）标志位。选择子或是从指令操作数中得到，或是从任务门中得到。

5、 从新的任务的TSS中加载任务的状态，并恢复其执行。加载的寄存器是LDT寄存器，标志寄存器（EFLAG）通用寄存器EIP，EAX，ECX，EDX，EBX，ESP，EBP，ESI，EDI；段寄存器ES，CS，SS，DS，FS，和GS。还有PDBR（CR3）。所有检测到的错误将发生在新任务的上下文中。对于一个异常处理程序，看来起好似新任务的第一条指令还未执行。

注意，不管怎么样，旧任务的状态总是会被保存。如果这个任务被重新执行，它执行引起任务切换的指令的后一条指令。当任务执行时，所有寄存器的值将被恢复。

每一次任务切换都会设置MSW（machine status word）的TS（task switched）位。TS标志对于有协处理器的系统来说是很重要的。TS位指出了协处理器的状态可能和当前任务的状态不一致了。第11章进一步讨论TS位。

处理任务切换异常的处理程序（表7-1中由第4到16引起的异常）应该注意加载引起异常的选择子的操作。这样的操作可能引发第二次异常，除非异常处理程序首先检查了选择子并修定了潜在的问题。

将要执行的任务的特权级即不被引起任务切换的任务所影响，也不会被它所约束。因为每个任务的地址空间是分开的，且有不同的TSS，还有就是特权级规则可以用于防止不合法的TSS访问，但是没有哪种特权级规则需要用来去约束不同任务间的CPL。新的任务将在CS选择子的RPL字段特权级执行，这个CS是由TSS中加载的。

直接任务切换和间接任务切换

任务的切换有几种方式： 1、 直接切换，当前任务执行了一个JMP或CALL，而操作数中指定了一个TSS描述符。 2、 间接切换，当前任务执行了一个JMP或CALL，而操作数中指定了一个任务门。 3、 一个在IDT中的中断向量或异常向量导致向一个新的任务切换。 4、 当前任务执行了一条IRET指令，而且NT位设置时。

抛开中断相关的内容，任务切换有两种方式，直接方式（通过任务状态段）和间接方式（通过任务门、任务门再指向任务状态段）。 通过任务状态段切换任务的流程图如下：

通过任务门切换任务的流程图如下：

一个任务门描述符提供了一个间接的、有保护性的对一个TSS的的访问方法。

任务门描述符和任务状态段描述符的格式

一个任务状态段(TSS)由一个任务状态段描述符（TSS描述符）来描述。TSS描述符的结构如下：

一个任务门描述符的格式如下：