10- AulaIHS-Modo Protegido-Interrupcao EInstrucoes

Interface Hardware-Software

Modo Protegido de Operação de

Processadores x86 – Interrupções e

Instruções

Interrupções e Exceções em Modo Protegido

 O suporte e o mecanismo de tratamento de interrupções e exceções é diferente em relação ao modo real

Registradores específicos Descritores

Tabelas de descritores de interrupções

 Contudo a quantidade de vetores de interrupção continua a mesma

– 256 vetores (0 – 255)

 Com o modo protegido, alguns números de vetores são consagrados a tipos de exceção/interrupção relacionados a proteção

- 13 – General Protection Fault - 14 – Page Fault

Tipos de Exceção

 Fault geralmente pode ser corrigida e permite que o

programa seja reiniciado sem perda de continuidade

- Endereço de retorno para o fault handler(CS e EIP) é

instrução que gerou o fault em vez da instrução que segue

- Exemplo: page fault

 Trap é gerada logo em seguida a instrução que a causou e

permite que o programa continue

- Endereço de retorno do trap handler é a instrução seguinte àquela que gerou a trap

- Exemplo: Overflow

 Abort não aponta o local preciso da instrução que causou

a exceção e nem permite o reinicio do programa

Suporte a Interrupções/Exceções

 Transferência de controle para as rotinas de tratamento (handlers) é feita através de interrupt gates e trap gates

 Descritores destes tipos de gates ficam na IDT (Interrupt

Descriptor Table)

IDT

 Possui três tipos de descritores:

- Interrupt Gates - Trap Gates - Task Gates

 No caso do handler estar em outra tarefa(task), um task gate é utilizado

 Cada descritor tem 8 bytes

IDTR

 O registrador IDTR tem 48 bits e guarda o endereço base de 32 bits e o limite de 16 bits da IDT

 Contudo a IDT só deve ter no máximo 256 entradas de 8 bytes, portanto só seriam necessários 11 bits para o limite

 O IDTR é carregado com o endereço base e o limite, geralmente no ato de inicialização do SO

- Instrução LIDT carrega o IDTR

Interrupt Gate x Trap Gate

 A diferença entre um interrupt gate e um trap gate é a forma que o processador trata a flag IF no registrador EFLAGS

 Interrupt Gate

- Processador coloca IF (Interrupt Flag) para 0 para impedir

que outras interrupções de HW (mascaráveis) interrompam o handler

- Quando é feito um IRET, o processador restaura a flag  Trap Gate

Tratando Interrrupções/Exceções

 Se o índice para o handler apontar para um descritor do tipo interrupt ou trap gate, o processador trata a

interrupção/exceção de forma semelhante a um CALL para um call gate

 Se o índice para o handler apontar para um descritor do tipo task gate, o processador faz um task switch para a

tarefa do handler de forma similar a um CALL para um task gate

Troca de Pilha Durante Tratamento da Interrupção

 Quando o handler é localizado em um nível de privilégio maior (numericamente menor), ocorre uma troca de pilha

 Não é possível a transferência de execução para um handler com nível de privilégio menor (numericamente maior)

Instruções Privilegiadas

 Existem instruções que só podem ser executadas em nível de privilégio zero

 Tipicamente são instruções que manipulam registradores e estruturas de dados que dão suporte à proteção

- Registradores de controle (CR0-CR4)

- Registradores de tabela de descritores (GDTR,LDTR,IDTR) - Tabela de descritores

Exemplos de Instruções Privilegiadas

Instrução Descrição Exemplo

LGDT src Carrega endereço base e limite(src) de GDT no registrador

GDTR

lgdt [0x10000]

LSL dst,src Carrega no registrador dst, o limite do segmento dado pelo seletor em

src

mov ebx, cs lsl edx,[ebx]

LIDT src Carrega endereço base e limite (src)de IDT no registrador IDTR

lidt [0x100]

MOV regs de controle,src

Carrega o que está em src em um registrador de controle

mov eax,cr0 or al,1

mov cr0,eax

ARPL dst,src Ajusta (iguala) o RPL do seletor em dst ao RPL do seletor em src

pop dx pop bp

Exemplo do ARPL

Passando de Modo Real para Modo Protegido

 O boot começa em modo real e depois ocorre a mudança para modo protegido

- Multi-stage Boot loader

- Permite o carregamento e execução do kernel de 32 bits

 Algumas etapas são imperativas para esta mudança:

- Criação e inicialização da GDT - Criação e inicialização da IDT

- Carregamento de registradores de tabelas com os endereços

base das tabelas

- Inibição de interrupções externas

- Alterar registrador de controle para rodar em modo protegido - Inicialização dos registradores de segmentos com seletores

Criando e Inicializando o GDT

gdt_data:

dd 0 ; null descriptor dd 0

; gdt code: ; code descriptor dw 0FFFFh ; limit low dw 0 ; base low db 0 ; base middle db 10011010b ; access db 11001111b ; granularity db 0 ; base high

; gdt data: ; data descriptor dw 0FFFFh ; limit low dw 0 ; base low db 0 ; base middle db 10010010b ; access db 11001111b ; granularity db 0 ; base high end_of_gdt: toc:

dw end_of_gdt - gdt_data - 1 ; limit (Size of GDT) dd gdt_data ; base of GDT

Descritor 0

Descritor 1

Procedimento para Carregar Registrador GDTR

InstallGDT:

cli ; clear interrupts pusha ; save registers

lgdt [toc] ; load GDT into GDTR sti ; enable interrupts

popa ; restore registers ret

Mudança para Modo Protegido e Inicialização dos

Registradores de Segmentos

call InstallGDT cli

mov eax, cr0 ; setar bit 0 (PE) para 1 or eax, 1 mov cr0, eax jmp 08h:Stage3 ... Stage3: mov ax, 10h mov ds, ax mov ss, ax mov es, ax

mov esp, 90000h ; pilha começa no endereço 90000h

Instalando o GDT

Desabilitando interrupções

Mudando Modo da CPU para Protegido

Colocando o seletor 08h no CS

Colocando o seletor 10h no

Entendendo os Valores dos Seletores

(1)

 Por que ?

00000000000001000

Seletor para Descritor 1

Entendendo os Valores dos Seletores

(2)

 Por que ?

00000000000010000

Seletor para Descritor 2

mov ax,10h mov ds, ax

Modo Protegido: O Que Muda para o

Programador?

 Algumas instruções novas são disponíveis para o programador

- Instruções privilegiadas, instruções que dão suporte a escrita

de SO (ou parte) como SGDT (salvar o registrador gdtr em uma posição de memória) e SIDT, e outras de uso geral tal como SYSENTER (32 bits) e SYSCALL (64 bits)

 _{Em vez de se utilizar interrupções da BIOS, utiliza-se}

chamadas de sistema que podem ser feitas através:

- Interrupções do SO - Instruções específicas

Utilizando Interrupção 80H do Linux

 Ao se utilizar esta interrupção do Linux, deve-se especificar qual é o serviço que se deseja utilizar

- Especifica-se colocando o número do serviço no registrador

EAX

- Parâmetros do serviço devem ser colocados em EBX,ECX e

Alguns Serviços da Interrupção 80H do Linux

%eax Name %ebx %ecx %edx 1 sys_exit int - -

2 sys_fork struct pt_regs

- -

3 sys_read unsigned int char * size_t

4 sys_write unsigned int const char * size_t

5 sys_open const char * int int 6 sys_close unsigned int - -

Hello World Usando INT 80H

section .data

message: db ‘Hello, World!,0 msgLen: equ $-message

section .text

global _start _start:

mov eax, 4 ; system call 4 é escrita

mov ebx, 1 ; deve-se colocar 1 para stdout mov ecx, message ; end da string para saida mov edx, msgLen ; quantidade de bytes int 80h ; chama SO para fazer a escrita mov eax, 1 ; system call 1 é sair

xor ebx, ebx ; exit code é 0

Lendo e Escrevendo uma String com INT 80H

section .data

msgUsr db ‘Entre com numero: '

tamMsgUsr equ $-msgUsr ; O tamanho da mensagem dispMsg db ‘Voce entrou com: '

tamDispMsg equ $-dispMsg section .bss ;Dados não inicializados num resb 5 section .text global _start _start: mov eax, 4 mov ebx, 1

mov ecx, msgUsr mov edx, tamMsgUsr int 80h

Escreve mensagem no display, pedindo para entrar com

mov eax, 3 mov ebx, 0 mov ecx,num

mov edx, 5 ;5 bytes (numerico, 1 para o sinal) int 80h

mov eax, 4 mov ebx, 1

mov ecx, dispMsg mov edx, tamDispMsg int 80h

Lendo e Escrevendo uma String com INT 80H

(cont…)

mov eax, 4 mov ebx, 1 mov ecx, num mov edx, 5 int 80h mov eax, 1 mov ebx, 0 int 80h

Lendo e Escrevendo uma String com INT 80H

(cont…)

Utilizando SYSCALL

 A instrução SYSCALL é utilizada para processadores de 64 bits

- Permite acessar mais rapidamente códigos que rodam em

nível de privilégio 0

 Ao se utilizar esta instrução, deve-se especificar qual é o serviço que se deseja utilizar (depende do SO utilizado)

- Especifica-se colocando o número do serviço no registrador

RAX

- Parâmetros do serviço devem ser colocados em

Hello World Usando SYSCALL em Linux

section .data

message: db ‘Hello, World!,0 msgLen: equ $-message

section .text

global _start _start:

mov rax, 1 ; system call 1 é escrita

mov rdi, 1 ; deve-se colocar 1 para stdout mov rsi, message ; end da string para saida mov rdx, 13 ; quantidade de bytes

syscall ;chama SO para fazer a escrita

mov rax, 60 ; system call 60 é sair mov rdi, 0 ; exit code é 0

syscall ; chama SO para sair

SYSCALL funciona para