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标题: 关于Winnt/2k IDT的一些思考 [打印本页]

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作者: 韩冰    时间: 2004-10-9 14:29
标题: 关于Winnt/2k IDT的一些思考
文章内容：
) P: ^1 N5 Y# R3 T" T3 i--------------------------------------------------------------------------------
6 C2 p1 J2 T& p作者：suxm < suxm@nsfocus.com >
主页：http://www.nsfocus.com
  R" c* Y$ I4 S8 Q日期：2001-08-13

几乎每一个不太守纪律的Windows developer都想在Windows中挂一个ISR，就象在DOS下那样，接管Windows的中断，然后，做一些离奇 的事情。由于ISR是很特殊的程序(常驻性、触发性、Ring0级)，所以有很多很特殊的用途。最基本的用途，应该算是硬件驱动开发了：要 想接管硬件中断，没有ISR是不行的。
迄今为止，在Windows 3.x & 9X下，ISR的编写、调试已经不是秘密了。但是在Winnt/2k下，这还是很痛苦的事情。我听一个国外的哥们 说，他本科毕业论文就是<>， 怎么样，faint了吧？呵呵。
$ K) a2 y! L  B# {3 z% z让我们先来回忆一下Win9x下ISR是怎么回事(参见我的文章<>)。
Win9x下，IDT中的每一项，也就是每一个描述符，都定义了256个中断中的一个。还记得实模式下MS-DOS环境中的中断向量表吧（就是 那张从内存的0000：0000开始的向量表，每一个表项有4个字节，一共有256个中断向量）？在保护模式下，中断描述表IDT代替了中断向 量表IVT。虽说中断向量表IDT可以容纳8192个中断描述符，可是CPU能利用的只有处于前面的256个。所以中断描述表（IDT）的长度限 制应该是7FFh（ ），

4 b( x, K: z: F. E7 O* [1 w9 r1 W
5 B% c' |  Y0 H6 G; ?
2 Y, Q7 `' S, Z+ [5 h& {其实中断描述表（IDT）中可以有两种描述符：Interrupt gate描述符、Trap gate描述符（更确切的应该说有三种：Interrupt gate描述 符、Trap gate描述符、Task gate描述符，但是一般来说是不会包含Task gate描述符的）。图1显示了Trap/Interrupt gate描述符的结构。这里 提到了gate这个词，一般译作“门”。如果有人跟你说起“中断门”，千万不要大惊小怪，“中断门”更形像地直意了中断调用的过程： 中断调用就像就经过一扇门一样，这个门就是中断描述符，因为中断描述符中有DPL等权限盘查的标志，所以要想通过这扇门调用相应的 中断服务程序是需要一定的资格的(CPL<=DPL)。
Trap和Interrupt gate非常相似，一般来说Trap gate是用来捕获系统异常，而Interrupt gate用来响应中断。在具体的实现上，只有一点不 同：Interrupt gate会将IF置为0，这样可以屏蔽硬件中断。但是Trap gate却不会改变IF的值。
* H% \* P" p2 Q2 M$ _: y; u下面的代码示意了如何设置一个键盘中断描述符（interrupt 51h）：
int51 dw kb_int ;keyboard-handler offset
2 P* c7 C" j0 qdw kb_sel ;keyboard-handler code selector
db 0
* R; a1 x, L$ V1 l2 R- E# Vdb 8eh ;386 interrupt-gate
dw 0 ;offset is in first 64KB of segment
" U& }& s  e% z9 A是不是有些困惑？为什么键盘中断变成int 51h了？以前在DOS下不是int 9h吗？
. z# U2 b6 N& b) b这个问题的答案是这样的，由于在保护模式下，有很多中断号分配给了系统异常处理（比如说int 9h分配给了CPU No NPX异常处理）， 所以，硬件中断处理的中断号都作了调整：实模式下的中断号08h——0Fh和70h——77h(即硬件中断号IRQ 0~16)对应着保护模式下的中断 号50h——5Fh。
* F" |* n" z  D# Z, O提问：Win9x中，是如何区分硬件中断IRQ 12和int 5Ch 调用(NetBIOS调用)的呢？
- {1 A9 M( Q, T/ J答案：由于IDT的50h——5Fh中断描述符的DPL=0，这是专门用来截获int指令的，而硬件中断不管DPL是多少都可以被调用。Win9x就 是通过这点区别来分辨到底是int 5Ch这条指令还是IRQ 12的硬件中断，从而调用系统服务或ISR。
在单CPU的Winnt下，实模式下的中断号08h——0Fh和70h——77h(即硬件中断号IRQ 0~16)对应着保护模式下的中断号30h——3Fh(看 到有些资料上说Winnt下这个映射关系不是确定的，但是我见过的单CPU的Winnt中基本上都是这样的映射关系，而双CPU的情况下，情况 确实有所不同)。从下面这张统计表(http://www.wischrop-net.de/nt/kapitel7.htm#7_2)可以看到单CPU的情况与双CPU的情况是大不相同 的。
1 ]+ B1 N4 J' x" h% t4 N. OAladin BasysGate BIG_WWW Hugo_C STAT_02 STAT_13 OTTO SanderD Notebook
IRQL
2 p4 K6 |  W+ T! A7 o# e# E) c1 3D 3D
2 41 41
3
4 51 51 51
% M* t0 h7 F  }3 P- z. {) O5 61 61 61
6 71 71
7 81/82 81/82 81
* y' f  ^2 Y/ T0 l8 91/92 91/92 91/92
9 A2 A2 A1
  v5 N  [4 r! x; |- N10 B1 B1 B1/B2
11
% {+ G( x' c* f. M( U" }; \12 3F
8 O: n0 N# Q; S9 k! v# B' u13 3E 3E 3E 3E
  S4 [( j1 Q- G14
; u; H; |7 L! q0 w  y15 3C 3C 3C 3C 3C
7 E3 L' c( X' }16 3B 3B 3B
17 3A 3A
' G0 `* H" f# ^' U2 f18 39 39
19
20 37 37 37
21 36 36 36 36 36 36
8 U, m; N. @" p, J3 {6 J1 E4 Y22 35 35
23 34 34 34 34 34 34
) n5 c9 K2 Q8 ^0 j7 v24 33
25
26 31 31 31 31 31 31
. L* S5 Q1 }( _. @4 [6 y27 C1 38 C1 38 38 38 38 C1 38
28 D1 30 D1 30 30 30 30 D1 30
29 E1 E1 E1
& I2 i( q* ^3 y" R/ @9 I, Q30 FE/FD FD/FE FD/FE
& v6 {1 X6 {7 Y' f# E31 1F/FF 32 1F/FF 32 32 32 32 1F/FF 32
( F  ?4 _/ Q% m; Q7 t6 i
) V) ~& F) B* C2 X9 L255 50 50 50
% S2 x; ~8 u8 hDPL3 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E

4 A$ \! f% A, ?& V( n0 d机器配置:
( t7 A" N( e: N0 Z: ]" eALADIN - Dual Pentium II 266 MHz, NT 4.0 (free) SP3
BasysGate - Pentium II 233 MHz, NT 4.0 (free) SP3
BIG_WWW - Dual Pentium II 266 Mhz, NT 4.0 (free) SP3
Hugo_C - AMD K6 200 Mhz, NT 4.0 (checked) SP1
; J7 e" Y8 V. W% R6 S4 s0 _Stat_02 - Pentium 166 MHz, NT 4.0 (free) SP3
# S5 |  c$ z& Q* t# f% U" U& WStat_13 - Pentium Pro 200 Mhz, NT 4.0 (free) SP2
: Z4 ]* }& d/ fOTTO - Pentium II 300 MHz, NT 4.0 (free) SP4
  S- ~) H' U6 \) K4 x+ LSanderD - Dual Pentium 166 MHz, NT 4.0 (free), SP3
Notebook - Pentium 200 MHz, NT 4.0 (free), SP3
& V: y6 J  G0 c+ P2 ]
在Win2k下，实模式下的中断号08h----9Fh和70h----77h不再对应着保护模式下的中断号50h------5Fh或30h-----3Fh。那么，究竟是怎样一种 映射关系呢，至今还没有公开的答案。我们可以用HalGetInterruptVector(参见Win2k DDK Help)这个函数获得硬件中断对应于Win2k的 中断号(即IDT中的位置)。但是这不是固定映射的关系，也许明天开机的时候，就会得到不同的返回值。
) J: m. ^8 g) T, EWin2k下，在SoftIce中用:idt命令可以看到当前系统的IDT状态。
:idt
Int Type Sel:Offset Attributes Symbol/Owner
0 \1 M9 G4 d) W+ TIDTbase=80036400 Limit=07FF 从这里我们可以看到IDT的Base Address和Limit
! h4 ?6 P5 P+ U$ b; C# \0000 IntG32 0008:80465946 DPL=0 P ntoskrnl!Kei386EoiHelper+0590
3 s. J& V# V- t" Y9 f4 ?0001 IntG32 0008:80465A96 DPL=3 P ntoskrnl!Kei386EoiHelper+06E0
……
9 I$ C& b; _" k2 c- v6 o00FD IntG32 0008:804646F2 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
/ t* j! I  M8 M1 J3 K+ N9 V00FE IntG32 0008:804646F9 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
00FF IntG32 0008:80464700 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+093
4 O/ [$ l6 [& x4 J& B9 A, I$ `从上面的输出我们可以看到在Win2k下，IDT的有效长度还是7FFh，这与前面讲到的Win9x下的IDT的长度是一样的。其实这是由CPU 只能利用IDT的前256项决定的。
在Win2k下，在命令行敲入winmsd.exe，可以看到自己机器上硬件中断号的分布状况。


' J. c$ P: ^- J/ C4 _* ~! l
提问：IDT表的Base Address怎样得到的呢？
9 a# U: p# M& e2 k+ M. X0 B; f答案：sidt指令，比如说sidt [eax]，就是把IDT 寄存器(其中含有IDT的Base Address)中的值放到[eax]指向的地址。请看一下
$ {4 R3 D6 R4 m$ d1 ohttp://developer.intel.com/design/intarch/techinfo/Pentium/instform.htm的说明：
SIDT - Store Interrupt Descriptor Table Register
! Q; l! Z* R; R) D8 O. S
Guido Wischrop提供了下面的代码可以读取IDT的所有256项。
1 \( u8 T! q$ \
. j! m+ `; x& i. K' U; KUCHAR *mBuffer;
ULONG dummy;
……
_asm
{
) u2 Q$ L" m) bmov esi,mBuffer
' L6 h7 n# k! O- \% osidt [esi] //load IDTR to *mBuffer
movzx ecx,word ptr [esi] //load size of IDT to ECX
mov ebx,dword ptr [esi+2] //load Base Address of LDT to EBX
inc ecx
3 l2 e, l/ Z! y7 Lmov edi,mBuffer //mBuffer is the target
. u+ v  M. f: S' c  h, zmov dummy,ecx //store size in dummy
mov esi,ebx //store IDT Base Address to ESI
shr ecx,2
$ e% C. D" {1 @/ Yrep movsd //copy IDT to mBuffer
}
1 v0 I/ M8 R( z; {0 z# M/ f
这样我们就可以得到想要的IDT中的某一项，那么，我们是不是可以通过改写内存的方式直接替换相应的IDT表项呢？答案是肯定 的，有人声称这样能成功。我觉是没有太大的必要，因为通过标准的Kernel API调用也可以实现。
( }% \8 e8 o# I我们可以用Windriver生成代码来简单地体会一下挂硬件中断ISR的感觉。
(1) Windriver---> Driver Wizard---->New Project----->ISA CARD
3 W& @( a7 m# P* `/ K+ i(2) Interrupts---> New
( A' Y/ {' q, V/ ]0 AInterrupt Number = 14(或别的) & Edge Triggered & Shared
6 P/ t: g4 @5 |: u(3) Listen to Interrupts
& }4 l) N. J5 Y如果没有出现错误，则表明这个硬件中断可以挂我们的ISR。
- T6 E. `0 Y8 }" b- O. N& H(4) Generate Code
(5) Build and Run
5 B4 B% [: x/ N8 b0 g% |(6) Enable Interrupt
! X% g) J6 o  |( Z(7) 切换到SoftIce中去(Ctrl + D)，然后敲:intobj命令，可以看到如下的输入信息：
9 i& J" G- s% Q% X:intobj
$ {4 D3 {* K2 QObject Service Service Affinity
Address Vector Address Context IRQL Mode Mask Symbol
* D: R3 Q6 j. lFD349508 31 F7861900 FD4683E0 1A Edge 01 i8042prt!.text+1600
FD348D88 3C F786798C FD35D020 0F Edge 01 i8042prt!PAGEMOUC+020C
FD189708 3D FC8F22C0 00000001 0E Edge 01 WINDRVR!.text+2040
3 t! D( v" [! M, p2 r. mFD48F788 3E FD10FE42 FD4BD030 0D Edge 01 atapi!.text+5AE2
! X# O: }4 A( F, a& j+ D0 zFD34A888 3F FD057AA0 FD34E0DC 0C Level 01 NDIS!PAGENDSM
4 X0 m( e) Z% I! U; {NTICE: Exit32 PID=70 MOD=ps2_diag

; U, `. {& ~# O7 k+ q) S从上面可以看到，0Eh(即14)号硬件中断被映射到了IDT的3Dh项。还不相信吗？好，让我们来测试一下。在SoftIce中敲入如下的指 令：genint 3d，看到什么了？呵呵，屏幕显示如下：
; M) w$ h6 ?" `. k: `/ W# [
4 u' @# g) M1 l
1 }8 y2 q2 Y  Y1 m$ }# [
我们用:genint 3d这条指令模拟了一次硬件中断，结果表明我们的ISR确实是挂在了IDT的3Dh项处。在Softice中再运行几次genint 3d试试 看，屏幕上会输出什么样的结果呢？当然是Got Interrupt0 number 2，Got Interrupt0 number 3之类的信息啦。

* }3 ]1 I6 G! m9 h一个问题马上被提出来了

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