关于Winnt/2k IDT的一些思考

韩冰

文章内容：
--------------------------------------------------------------------------------
5 j1 U7 d7 ~0 A' m6 i作者：suxm < suxm@nsfocus.com >
3 e/ d0 v" r* U主页：http://www.nsfocus.com
日期：2001-08-13
. c7 u, U* S0 ]. n5 v+ D; F* S+ G
+ }* h  I' _5 R+ R/ a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。
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（ ），

/ z$ i+ j6 Y# E) e. }% \

+ j- e; d' E/ b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)。
) R  t" p1 H0 I6 c7 x& L- d: M) |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。
下面的代码示意了如何设置一个键盘中断描述符（interrupt 51h）：
* X8 q+ p" A2 o- dint51 dw kb_int ;keyboard-handler offset
dw kb_sel ;keyboard-handler code selector
! r2 e" i" d" }0 Hdb 0
# T9 Y  }* l3 i1 T, p4 |db 8eh ;386 interrupt-gate
$ I9 ~; J. l; Q, s* Qdw 0 ;offset is in first 64KB of segment
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？
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。
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？
/ {- i1 Q  V$ z9 K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。
Aladin BasysGate BIG_WWW Hugo_C STAT_02 STAT_13 OTTO SanderD Notebook
% g" P- f$ f; H( {- p; q/ MIRQL
1 3D 3D
2 41 41
3
% w4 }8 x; d. |  H0 b% i( U! Z4 51 51 51
# j0 {4 p8 {) e( G8 V1 d: n& t5 61 61 61
1 ~9 [( F  l; u2 i: J7 P6 71 71
* {! p7 W$ D# `7 81/82 81/82 81
8 91/92 91/92 91/92
9 A2 A2 A1
& W! V% k, j% B1 }% K5 z/ [10 B1 B1 B1/B2
11
6 d- w4 \7 h0 r, X% v- Z+ u12 3F
13 3E 3E 3E 3E
, S. T1 I- M! l& D2 \0 v14
15 3C 3C 3C 3C 3C
- J  ?6 J8 v2 n& R& N' E5 R: q) W  \16 3B 3B 3B
17 3A 3A
4 O$ |6 U4 n- k9 O/ [! Z+ M0 E18 39 39
19
$ Q( E, I: R  O20 37 37 37
' p. l1 H% ^+ i- ^21 36 36 36 36 36 36
22 35 35
  x* k8 l+ f2 q& v23 34 34 34 34 34 34
  J9 W2 J2 \4 X: w24 33
25
26 31 31 31 31 31 31
3 `9 _8 ^. Y7 f27 C1 38 C1 38 38 38 38 C1 38
, E  R" }7 W# H7 N$ Z* h4 E28 D1 30 D1 30 30 30 30 D1 30
/ _" h+ c/ @% X6 w2 @29 E1 E1 E1
% c- b, x$ r' [/ H- L0 d9 k2 x30 FE/FD FD/FE FD/FE
31 1F/FF 32 1F/FF 32 32 32 32 1F/FF 32

255 50 50 50
( i2 b# s9 ?! D0 r, A6 WDPL3 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E

机器配置:
ALADIN - Dual Pentium II 266 MHz, NT 4.0 (free) SP3
; {0 b' ~5 h5 |$ E; f: Y, NBasysGate - Pentium II 233 MHz, NT 4.0 (free) SP3
3 K6 d' U& X, p; I6 O6 n3 H$ hBIG_WWW - Dual Pentium II 266 Mhz, NT 4.0 (free) SP3
" X4 M2 b' h& T2 U0 k' M) RHugo_C - AMD K6 200 Mhz, NT 4.0 (checked) SP1
Stat_02 - Pentium 166 MHz, NT 4.0 (free) SP3
4 i. P5 p% V& J! ]/ C5 Q( BStat_13 - Pentium Pro 200 Mhz, NT 4.0 (free) SP2
OTTO - Pentium II 300 MHz, NT 4.0 (free) SP4
/ I$ x! A, ^, ~( sSanderD - Dual Pentium 166 MHz, NT 4.0 (free), SP3
Notebook - Pentium 200 MHz, NT 4.0 (free), SP3

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。
Win2k下，在SoftIce中用:idt命令可以看到当前系统的IDT状态。
:idt
) }& Z4 V  G$ w9 [' z7 C) eInt Type Sel:Offset Attributes Symbol/Owner
IDTbase=80036400 Limit=07FF 从这里我们可以看到IDT的Base Address和Limit
0000 IntG32 0008:80465946 DPL=0 P ntoskrnl!Kei386EoiHelper+0590
2 S2 U! h9 g1 t$ @* n* p/ m0001 IntG32 0008:80465A96 DPL=3 P ntoskrnl!Kei386EoiHelper+06E0
……
) `0 M3 E3 I, ~7 V" q5 T, e8 G7 f8 m! K00FD IntG32 0008:804646F2 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
8 n7 o% y. T4 G; n( A00FE IntG32 0008:804646F9 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
00FF IntG32 0008:80464700 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+093
+ U2 g' }) W  r3 E/ a. }$ t/ g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。
3 |9 N6 T8 p" k, f# [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。

* z% E8 R$ w; ~' M7 {; ]

) ^" A/ t& D( T8 I$ b提问：IDT表的Base Address怎样得到的呢？
/ J: F" r7 d9 r& W% t# R9 S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
/ s4 ]1 n; A3 W! A) B4 h2 Ahttp://developer.intel.com/design/intarch/techinfo/Pentium/instform.htm的说明：
! w% k6 D8 ^3 ySIDT - Store Interrupt Descriptor Table Register
% L! \! J  x; U  M* ~
Guido Wischrop提供了下面的代码可以读取IDT的所有256项。
7 ?7 `  W: }! B1 z' }3 K: U% s
UCHAR *mBuffer;
  \/ H- L+ L; LULONG dummy;
( p- O: a6 T3 T4 }……
$ {) u: K! M/ X_asm
{
mov esi,mBuffer
sidt [esi] //load IDTR to *mBuffer
movzx ecx,word ptr [esi] //load size of IDT to ECX
1 R. w8 i- r9 D. }mov ebx,dword ptr [esi+2] //load Base Address of LDT to EBX
inc ecx
: D! S7 d- g* H1 v1 k7 |# gmov edi,mBuffer //mBuffer is the target
mov dummy,ecx //store size in dummy
mov esi,ebx //store IDT Base Address to ESI
( V' T7 U' R" @6 eshr ecx,2
4 Q' g6 M# U% h& W. h4 Prep movsd //copy IDT to mBuffer
& V% p- A2 Z4 R: Q( L2 Y. R; w}
& X% }3 [* K+ h; M1 @
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。
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。
* z6 z5 @: R) P' e" K: n5 F% k(1) Windriver---> Driver Wizard---->New Project----->ISA CARD
(2) Interrupts---> New
Interrupt Number = 14(或别的) & Edge Triggered & Shared
: _# |9 F6 G4 h5 {% K+ ?+ J(3) Listen to Interrupts
如果没有出现错误，则表明这个硬件中断可以挂我们的ISR。
$ m2 P5 X2 P% {6 Y, p' O(4) Generate Code
' v1 i% M- O) U( z(5) Build and Run
% `# k" m% h9 W, }- u(6) Enable Interrupt
(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：
2 L9 U- F! s/ r; J; q6 N:intobj
' d9 A5 G3 i  ?Object Service Service Affinity
) o4 C* v: q1 \! i' bAddress Vector Address Context IRQL Mode Mask Symbol
9 a4 O6 H$ J" xFD349508 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
% W4 C3 M  v" f0 r' R$ LFD48F788 3E FD10FE42 FD4BD030 0D Edge 01 atapi!.text+5AE2
FD34A888 3F FD057AA0 FD34E0DC 0C Level 01 NDIS!PAGENDSM
# d( c! U( X  H; a, q' {- a' _4 QNTICE: Exit32 PID=70 MOD=ps2_diag
9 _6 s% l/ a0 q: |) Y9 I
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：
# n* Q# \0 v9 i- u

# o: S0 @( ]+ a7 O- p5 v
# e5 u: g+ @- H$ p$ ?! H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。
1 U7 a) i! h3 p* B  p" \; k' |1 v
一个问题马上被提出来了