关于Winnt/2k IDT的一些思考

韩冰

文章内容：
8 I; n9 U; ]* {7 O--------------------------------------------------------------------------------
作者：suxm < suxm@nsfocus.com >
主页：http://www.nsfocus.com
7 t) ]3 R6 ]7 P! Q( N日期：2001-08-13
. F7 |1 g4 Y0 t5 n
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（ ），

% _( R) n" Y2 W4 Q
1 R9 a8 M( q$ z9 C
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。
下面的代码示意了如何设置一个键盘中断描述符（interrupt 51h）：
4 p' g+ V. _/ d' nint51 dw kb_int ;keyboard-handler offset
dw kb_sel ;keyboard-handler code selector
db 0
db 8eh ;386 interrupt-gate
; Z& h# F% }3 _4 h! ]dw 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？
. _* C! D$ g1 n+ G: f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。
$ E6 j- E: }  K- w2 T, Q- l0 R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？
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
IRQL
6 S  ~  T3 B2 z8 g$ E3 f; y1 3D 3D
2 41 41
3
4 51 51 51
, n" Y) a' e$ c1 c/ p& h& G% L5 61 61 61
6 71 71
7 81/82 81/82 81
8 91/92 91/92 91/92
9 A2 A2 A1
3 G: y; F0 j& V9 @$ G10 B1 B1 B1/B2
11
5 T3 Q% b% {9 A* a12 3F
+ M2 ]; k- b0 y1 i13 3E 3E 3E 3E
14
15 3C 3C 3C 3C 3C
16 3B 3B 3B
$ s/ D9 x+ Z. \17 3A 3A
18 39 39
' D, \1 |  M. ~" z19
20 37 37 37
21 36 36 36 36 36 36
22 35 35
3 y  i7 y7 W4 j7 c23 34 34 34 34 34 34
7 a9 j6 I) [- H% i$ l" {! Z24 33
0 Z- O) o1 o. @* G: T3 A4 z2 c/ k25
26 31 31 31 31 31 31
9 Y& M+ q; @/ [+ j0 p1 L! z, c27 C1 38 C1 38 38 38 38 C1 38
28 D1 30 D1 30 30 30 30 D1 30
1 p! O' V6 j' I, p29 E1 E1 E1
/ m9 Q1 i1 R. G# L' N2 [% P30 FE/FD FD/FE FD/FE
31 1F/FF 32 1F/FF 32 32 32 32 1F/FF 32

$ f! ^/ o% T4 Z8 j" \8 {- S' s255 50 50 50
DPL3 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E

机器配置:
; U, r3 C  k7 U2 j6 D! e6 BALADIN - Dual Pentium II 266 MHz, NT 4.0 (free) SP3
5 g: a3 g0 j' ~# OBasysGate - Pentium II 233 MHz, NT 4.0 (free) SP3
+ K% v) i" B9 X0 qBIG_WWW - Dual Pentium II 266 Mhz, NT 4.0 (free) SP3
8 e5 M( `( b& T( N% S4 g/ dHugo_C - AMD K6 200 Mhz, NT 4.0 (checked) SP1
Stat_02 - Pentium 166 MHz, NT 4.0 (free) SP3
Stat_13 - Pentium Pro 200 Mhz, NT 4.0 (free) SP2
OTTO - Pentium II 300 MHz, NT 4.0 (free) SP4
SanderD - Dual Pentium 166 MHz, NT 4.0 (free), SP3
% L/ P5 u8 n; H" i& p+ y* e: M% P, gNotebook - Pentium 200 MHz, NT 4.0 (free), SP3

% P" ?& }. _, o" ?% K( r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。
. [; a$ v  t0 l$ I) d; MWin2k下，在SoftIce中用:idt命令可以看到当前系统的IDT状态。
:idt
* }  Z$ m/ `6 Z5 i' c  aInt 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
! z7 j9 x( H4 V6 E8 n0001 IntG32 0008:80465A96 DPL=3 P ntoskrnl!Kei386EoiHelper+06E0
* Z% [/ z, w; `8 R7 w7 e9 n& ?……
00FD IntG32 0008:804646F2 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
! h- H9 K! `# h, x00FE IntG32 0008:804646F9 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
00FF IntG32 0008:80464700 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+093
9 s0 ?" ]1 o9 J% @5 p0 N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。
- r, Z  l' l, F$ b1 L8 Q( x. e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。


8 \, Q4 S1 k/ C& A; {' J/ Q
7 @4 B: j' |: I/ {$ J提问：IDT表的Base Address怎样得到的呢？
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
http://developer.intel.com/design/intarch/techinfo/Pentium/instform.htm的说明：
% B4 b" v3 j' rSIDT - Store Interrupt Descriptor Table Register

, k  q  W+ Q7 h% u2 Q. t) JGuido Wischrop提供了下面的代码可以读取IDT的所有256项。

5 P% N# d. @: \2 D# {4 RUCHAR *mBuffer;
/ [3 L2 A: `, p4 _3 @ULONG dummy;
2 V( r( Q7 f  g4 j……
_asm
{
mov esi,mBuffer
' S6 `+ R/ t" J( d% L% G4 R8 Fsidt [esi] //load IDTR to *mBuffer
8 r6 L% y* H1 @7 f9 {& `movzx ecx,word ptr [esi] //load size of IDT to ECX
2 H- s9 U9 Y' P) r: wmov ebx,dword ptr [esi+2] //load Base Address of LDT to EBX
inc ecx
" K8 ?) x- Q& G( dmov edi,mBuffer //mBuffer is the target
mov dummy,ecx //store size in dummy
mov esi,ebx //store IDT Base Address to ESI
shr ecx,2
+ `; Q" `  e) ]% ?" o% {. Crep movsd //copy IDT to mBuffer
1 ]9 {9 v' _+ w& ^! E! d. e}

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。
7 g5 @! ~* ]  L. S(1) Windriver---> Driver Wizard---->New Project----->ISA CARD
(2) Interrupts---> New
Interrupt Number = 14(或别的) & Edge Triggered & Shared
; |% M4 g% z- L(3) Listen to Interrupts
: p) y; Q4 C" L- s+ S4 z8 d如果没有出现错误，则表明这个硬件中断可以挂我们的ISR。
(4) Generate Code
(5) Build and Run
) |# }% Y% F9 N* o) z0 D(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：
& m9 p$ i8 l+ L" `4 X2 f:intobj
Object Service Service Affinity
Address Vector Address Context IRQL Mode Mask Symbol
FD349508 31 F7861900 FD4683E0 1A Edge 01 i8042prt!.text+1600
+ L0 J6 L2 U" TFD348D88 3C F786798C FD35D020 0F Edge 01 i8042prt!PAGEMOUC+020C
FD189708 3D FC8F22C0 00000001 0E Edge 01 WINDRVR!.text+2040
0 r  p, i6 z* {3 x3 L1 AFD48F788 3E FD10FE42 FD4BD030 0D Edge 01 atapi!.text+5AE2
FD34A888 3F FD057AA0 FD34E0DC 0C Level 01 NDIS!PAGENDSM
NTICE: Exit32 PID=70 MOD=ps2_diag
3 |; s6 b( @0 e+ `
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：


7 O9 c" I: ^' H. b2 g
! w9 ?! A' F" F3 d9 g: r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 i( Z# Y4 S3 l% u& F
  ?1 z9 w  c. t0 U" m( [4 z  m/ J一个问题马上被提出来了