Zhang3：创建页面，内容为“'''中断描述符表'''('''IDT-Interrupt Descriptor Table''')是特定于IA-32和x86-64体系结构的二进制数据结构。它是实模式里中断向量表(IVT)的保护模式和长模式对应物，用以告诉CPU中断服务例程 (ISR-Interrupt Service Routines) 所在的位置 (一个中断向量代表一个例程)。它在结构上类似于G…”

2022-03-16T02:13:47Z

创建页面，内容为“'''中断描述符表'''('''IDT-Interrupt Descriptor Table''')是特定于IA-32和x86-64体系结构的二进制数据结构。它是实模式里中断向量表(IVT)的保护模式和长模式对应物，用以告诉CPU中断服务例程 (ISR-Interrupt Service Routines) 所在的位置 (一个中断向量代表一个例程)。它在结构上类似于G…”

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'''中断描述符表'''('''IDT-Interrupt Descriptor Table''')是特定于[[IA32_Architecture_Family|IA-32]]和[[X86-64|x86-64]]体系结构的二进制数据结构。它是[[Real Mode|实模式]]里中断向量表([[IVT]])的[[Protected Mode|保护模式]]和长模式对应物，用以告诉CPU[[Interrupt Service Routines|中断服务例程]] (ISR-Interrupt Service Routines) 所在的位置 (一个中断向量代表一个例程)。它在结构上类似于[[Global Descriptor Table|全局描述符表-GDT]]。

IDT条目被称为门(gate)。它可以包含中断门、任务门和陷阱门。

在实现IDT之前，请确保你有一个有效的GDT。

== IDTR ==

'''IDT'''的位置保存在'''IDTR'''（'''IDT Register'''寄存器）中。这是使用'''LIDT'''汇编指令加载的，该指令的参数为'''IDTR'''：

{| class="wikitable"
|+IDT Descriptor (IDTR):
!style="width: 66%; text-align: left;" |79 (64-bit Mode) 48 (32-bit Mode)   16
!style="width: 34%; text-align: left; vertical-align: bottom;" |15   0
|-
|'''Offset''' 63 (64-bit Mode) 31 (32-bit Mode)   0
|'''Size''' 15   0
|}

* '''Size''': 比“IDT”的大小（字节）小一。
* '''Offset''': '''Interrupt Descriptor Table(中断描述符表)'''的线性地址(不是物理地址，应用分页)。

请注意，'''LIDT'''加载的数据量在32位和64位模式下有所不同，'''Offset'''在32位模式下为4字节长，在64位模式下为8字节长。

这与'''[[GDT]]'''类似，只是：
* 第一个条目(偏移量为零)可用于'''IDT'''。（译者注：GDT的第一个条目为空无用条目）
* 有256个中断向量 (0..255)，因此 '''IDT'''应该具有256个条目，每个条目对应于特定的中断向量。
* 虽然'''IDT'''可以包含256个以上的条目，但它们会被忽略。
* 虽然'''IDT'''可以包含少于256个条目，但任何不存在的条目(由于此或其他原因)将在尝试访问它们时生成一个'''[[Exceptions#General Protection Fault|一般保护异常（General Protection Fault）]]'''。理想情况下，'''IDT''' 应该包含足够的条目，以便可以处理此故障 (它本身是一个中断向量)。

有关更多信息，请参阅《英特尔软件开发人员手册》第3-A卷的'''Section 2.4.3: IDTR Interrupt Descriptor Table Register'''和'''Figure 2-6: Memory Management Registers'''。

==IA-32上的结构==

=== 表 Table ===

在32位处理器上，'''IDT''' 中的条目长度为8个字节，并形成如下表:

{|class="wikitable"
|+Interrupt Descriptor Table (32-bit)
! 地址 !! 内容
|-
| IDTR Offset + 0 || Entry 0
|-
| IDTR Offset + 8 || Entry 1
|-
| IDTR Offset + 16 || Entry 2
|- style="text-align: center;"
| '''...''' || '''...'''
|-
| IDTR Offset + 2040 || Entry 255
|}

给定'''中断向量'''的对应项在内存中被指向，方法是将向量缩放8，并将其添加到'''IDTR'''的'''Offset'''字段中的值。

=== 门描述符（Gate Descriptor） ===

表中的每个条目都有一个复杂的结构:

{| class="wikitable"
|+Gate Descriptor (32-bit):
!style="width: 50%; text-align: left;"|63   48
!style="width: 3.125%"|47
!style="width: 6.25%; text-align: left;"|46   45
!style="width: 3.125%"|44
!style="width: 12.5%; text-align: left;"|43   40
!style="width: 25%; text-align: left;"|39   32
|-
|'''Offset''' 31   16
|style="text-align: center; vertical-align: top;"|'''P'''
|'''DPL''' 1   0
|style="text-align: center; vertical-align: top;"|0
|'''Gate Type''' 3   0
|style="vertical-align:top"|Reserved
|-
!style="text-align: left;" |31   16
!style="text-align: left;" colspan="5" |15   0
|-
|'''Segment Selector''' 15   0
|colspan="5" |'''Offset''' 15   0
|}

* '''Offset:'''一个32位的值，分为两部分。它表示'''[[Interrupt Service Routines|中断服务例程]]'''入口点的地址。
* '''Selector:''' '''[[Segment Selector|段选择器]]'''具有多个字段，这些字段必须指向'''[[GDT]]'''中的有效代码段。
* '''Gate Type:''' 一个4位值，它定义了此'''中断描述符'''的门类型。有五个有效的类型值:
** '''0b0101''' or '''0x5''': 任务门(Task Gate)，请注意，在这种情况下，'''Offset''' 值未使用，应设置为零。
** '''0b0110''' or '''0x6''': 16位中断门
** '''0b0111''' or '''0x7''': 16位陷阱门
** '''0b1110''' or '''0xE''': 32位中断门
** '''0b1111''' or '''0xF''': 32位陷阱门
* '''DPL:''' 一个2位值，用于定义'''[[Security#Rings|CPU特权级别]]'''，允许通过'''INT'''指令访问此中断。硬件中断会忽略此机制。
* '''P:''' Present位。必须设置('''1''')才能使描述符有效。

有关更多信息，请参阅《英特尔软件开发人员手册》 (第3-A卷) 的 '''Section 6.11: IDT Descriptors''' 和 '''Figure 6-2: IDT Gate Descriptors'''。

=== 示例代码 ===

C结构体：

<source lang="c">
struct InterruptDescriptor32 {
uint16_t offset_1; // offset bits 0..15
uint16_t selector; // a code segment selector in GDT or LDT
uint8_t zero; // unused, set to 0
uint8_t type_attributes; // gate type, dpl, and p fields
uint16_t offset_2; // offset bits 16..31
};
</source>

人们可能会使用的示例 ''type_attributes'' 值(假设DPL为0):
* 32-bit '''Interrupt Gate: 0x8E''' (p=1, dpl=0b00, type=0b1110 => type_attributes=0b1000_1110='''0x8E''')
* 32-bit '''Trap Gate: 0x8F''' (p=1, dpl=0b00, type=0b1111 => type_attributes=1000_1111b='''0x8F''')
* '''Task Gate: 0x85''' (p=1, dpl=0b00, type=0b0101 => type_attributes=0b1000_0101='''0x85''')

==x86-64上的结构==

=== 表 Table===

在64位处理器上，'''IDT'''中的条目为16字节长，形成如下表格：

{|class="wikitable"
|+Interrupt Descriptor Table (64-bit)
! Address !! Content
|-
| IDTR Offset + 0 || Entry 0
|-
| IDTR Offset + 16 || Entry 1
|-
| IDTR Offset + 32 || Entry 2
|- style="text-align: center;"
| '''...''' || '''...'''
|-
| IDTR Offset + 4080 || Entry 255
|}

通过将给定的'''中断向量'''缩放16，并将其添加到'''IDTR'''的'''Offset'''字段中的值，可以在内存中指向该'''中断向量'''的相应条目。

=== 门描述符（Gate Descriptor）===

表中的每个条目都有一个复杂的结构:

{| class="wikitable"
|+Gate Descriptor (64-bit):
!colspan="7" style="text-align: left;"|127   96
|-
|colspan="7" |Reserved
|-
!colspan="7" style="text-align: left;"|95   64
|-
|colspan="7" |'''Offset''' 63   32
|-
!style="width: 50%; text-align: left;"|63   48
!style="width: 3.125%"|47
!style="width: 6.25%; text-align: left;"|46   45
!style="width: 3.125%"|44
!style="width: 12.5%; text-align: left;"|43   40
!style="width: 15.625%; text-align: left;"|39   35
!style="width: 9.375%; text-align: left;"|34   32
|-
|'''Offset''' 31   16
|style="text-align: center; vertical-align: top;"|'''P'''
|'''DPL''' 1   0
|style="text-align: center; vertical-align: top;"|0
|'''Gate Type''' 3   0
|style="vertical-align:top"|Reserved
|'''IST''' 2   0
|-
!style="text-align: left;" |31   16
!style="text-align: left;" colspan="6" |15   0
|-
|'''Segment Selector''' 15   0
|colspan="6" |'''Offset''' 15   0
|}

* '''Offset:'''一个64位的值，分为三部分。它表示'''[[Interrupt Service Routines|中断服务例程]]'''入口点的地址。
* '''Selector:''' 一个 '''[[Segment Selector|段选择器]]'''，具有多个字段，这些字段必须指向你的 '''[[GDT]]''' 中的有效代码段。
* '''IST:''' 一个3位值，它是'''Interrupt Stack Table'''的偏移量，存储在'''[[Task State Segment]]'''中。如果所有位都设置为零，则不使用'''Interrupt Stack Table'''。
* '''Gate Type:''' 一个4位值，它定义了此 '''Interrupt Descriptor''' 代表的门的类型。在长模式下，有两个有效的类型值：
** '''0b1110'''或 '''0xE'''：64位中断门
** '''0b1111''' 或 '''0xF''': 64位陷阱门
* '''DPL：''' 2位值，定义允许通过'''INT'''指令访问此中断的'''[[Security#Rings|CPU特权级别]]'''。硬件中断忽略了这种机制。
* '''P:''' Present 位必须设置 ('''1''')，描述符才有效。

在你的'''[[Interrupt Service Routines|中断服务例程]]'''中，请记住使用'''IRETQ'''指令而不是'''IRET'''指令从中断返回，因为汇编器不会为你转换该指令。论坛上许多与64位IDT相关的问题都是由缺少 'Q' 引起的。别让这种事发生在你身上。

有关详细信息，请参阅《英特尔软件开发人员手册》第3-A卷的'''Section 6.14.1: 64-Bit Mode IDT'''和'''Figure 6-8: 64-Bit IDT Gate Descriptors'''。

=== 示例代码 ===

C结构体：

<source lang="c">
struct InterruptDescriptor64 {
uint16_t offset_1; // offset bits 0..15
uint16_t selector; // a code segment selector in GDT or LDT
uint8_t ist; // bits 0..2 holds Interrupt Stack Table offset, rest of bits zero.
uint8_t type_attributes; // gate type, dpl, and p fields
uint16_t offset_2; // offset bits 16..31
uint32_t offset_3; // offset bits 32..63
uint32_t zero; // reserved
};
</source>

人们可能会使用的示例 ''type_tributes''值(假设DPL为0)：
* 64-bit '''Interrupt Gate: 0x8E''' (p=1, dpl=0b00, type=0b1110 => type_attributes=0b1000_1110='''0x8E''')
* 64-bit '''Trap Gate: 0x8F''' (p=1, dpl=0b00, type=0b1111 => type_attributes=1000_1111b='''0x8F''')

== 门类型 ==

基本上有两种中断：当代码执行由于错误代码而遇到'''[[Exception|Exception]]'''时发生的事件，或者处理与当前正在执行的代码无关的事件时发生的事件。在第一种情况下，有必要保存'''当前'''执行指令的地址，以便可以重试，这些称为 “陷阱（Traps）”。在第二种情况下，保存''下一条''指令的地址是必要的，这样就可以在中断的地方继续执行。这可能是由IRQ或其他硬件事件或使用'''INT'''指令引起的。需要注意的另一个区别是，使用'''Traps'''时，在服务例程期间可能会发生新的中断，但当CPU为IRQ提供服务时，进一步的中断会被屏蔽，直到发出“中断结束（End of Interrupt）”信号。如何处理某个中断取决于你在IDT条目中放置的门的类型。

=== 中断门（Interrupt Gate） ===

'''中断门'''用于指定一个'''[[Interrupt Service Routines|中断服务例程]]'''。例如，当在保护模式下运行时执行汇编指令'''INT 50'''时，CPU将查找'''IDT'''中的第50个条目(位于50*8)。然后加载中断门的 '''选择器（Selector）'''; 和 '''偏移（Offset）'''值。 '''选择器（Selector）'''和'''偏移量（Offset）'''用于调用'''中断服务例程'''。当执行'''IRET'''指令时，CPU从中断返回。如果CPU以32位模式运行，并且指定的选择器是16位门，则在调用'''ISR'''后，CPU将进入16位'''受保护模式'''。在这种情况下，要返回，应该使用'''O32 IRET'''指令，否则CPU将不知道它应该执行32位返回（从[[stack|堆栈]]读取32位值，而不是16位）。

=== 陷阱门（Trap Gate） ===

'''陷阱门'''应该用来处理'''[[Exceptions|异常]]'''。当一个异常发生时，有时会在堆栈上放置一个错误代码，应该在中断返回之前弹出该代码。

'''陷阱门'''和'''中断门'''是相似的，它们的描述符在结构上是相同的，只是在'''门类型'''字段中有所不同。不同之处在于，对于 '''中断门'''，中断在进入时会自动禁用，并在 '''IRET''' 时重新启用，而对于 '''陷阱门''' 则不会发生。

=== 任务门（Task Gate） ===

'''任务门'''是特定于IA-32的门类型，用于硬件任务切换。对于'''任务门'''，'''选择器'''值应指向'''[[GDT]]'''中的位置，该位置指定 '''[[Task State Segment|任务状态段]]'''，而不是代码段， '''偏移量'''值未使用，应设置为零。当CPU处理该中断时，它将执行到指定任务的硬件任务切换，而不是跳转到服务例程。返回被中断的任务的指针将存储在'''TSS''' 的'''Task Link（任务链接）'''字段中。

{{Quotation|"*注释* 因为IA-32任务不是可重入（re-entrant）的，所以中断处理程序任务必须在其完成处理中断时和执行IRET指令之间禁用中断。此操作可防止在中断任务的TSS仍被标记为忙时发生另一个中断，这将导致常规保护 (#GP-general-protection) 异常。"|英特尔软件开发人员手册}}

这种类型的门不经常使用，因为硬件任务切换很慢，并且在现代处理器上几乎没有优化。同样，它在 [[X86-64|x86-64]]上已被完全删除。

==另见==
=== 文章 ===

* [[GDT]]
* [[IDT_problems|IDT problems]]

=== 外部链接 ===

* [http://www.logix.cz/michal/doc/i386/chp09-00.htm Michal Ludvig's Intel 80386 Programmer's Reference Manual chapter 9]

[[Category:X86 CPU]]
[[Category:Interrupts]]
[[de:Interrupt_Descriptor_Table]]

Interrupt Descriptor Table - 版本历史