关于Winnt/2k IDT的一些思考

韩冰

文章内容：
; m' _0 ?- K5 _! q  H$ c; ^  p--------------------------------------------------------------------------------
作者：suxm < suxm@nsfocus.com >
主页：http://www.nsfocus.com
日期：2001-08-13
. i2 m5 l$ J! V* A3 Z: Y: {
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。
6 @( W: N* A  H' h0 p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（ ），
! ?" I: e% h! w( I- x' |; e9 v

  P8 D  l/ L6 L7 p' K: s4 }
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。
$ b1 p/ r! S! [, Q3 i1 R; V下面的代码示意了如何设置一个键盘中断描述符（interrupt 51h）：
6 ~/ a* M# t. N  P; pint51 dw kb_int ;keyboard-handler offset
9 n8 E  R1 g3 g/ w7 X( @dw kb_sel ;keyboard-handler code selector
1 V9 W0 C; C7 S6 {/ {) Jdb 0
db 8eh ;386 interrupt-gate
dw 0 ;offset is in first 64KB of segment
& b8 R$ G$ t* Q, I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？
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。
5 O  P) y* j/ ^* ~Aladin BasysGate BIG_WWW Hugo_C STAT_02 STAT_13 OTTO SanderD Notebook
IRQL
8 y) Y* G* E* M0 `  h' ~1 3D 3D
2 41 41
3
3 ]7 a2 ~) H4 h5 P7 ~+ W" O4 51 51 51
9 ]' X4 w& w0 l5 61 61 61
2 j! `' x5 l, J* j) H4 M6 71 71
. J$ {/ a' U: G; Y& @7 81/82 81/82 81
8 91/92 91/92 91/92
1 C/ _1 A6 i: \2 [0 V) M9 A2 A2 A1
" c8 \% N6 [7 F: u9 e- {10 B1 B1 B1/B2
11
12 3F
& R8 |7 H9 V3 G3 |! Q13 3E 3E 3E 3E
14
6 h4 Z) e8 B; e% L# Q7 A- B2 D15 3C 3C 3C 3C 3C
16 3B 3B 3B
17 3A 3A
6 j) q" e* p* n  f; |18 39 39
( f' I# f# o! o  N5 v! L19
1 a5 q  s& O6 t9 K! z( d4 h20 37 37 37
21 36 36 36 36 36 36
22 35 35
23 34 34 34 34 34 34
, C9 D* {: }5 `& |8 Q- p" s( U24 33
" l* `! }- C5 y0 F! q5 p  u1 g25
26 31 31 31 31 31 31
6 i% ~/ N0 I$ W( n; t27 C1 38 C1 38 38 38 38 C1 38
+ K' N: ^4 Y- |/ \2 Z5 @28 D1 30 D1 30 30 30 30 D1 30
29 E1 E1 E1
30 FE/FD FD/FE FD/FE
' `0 k' ?2 M3 k) z31 1F/FF 32 1F/FF 32 32 32 32 1F/FF 32
$ i/ S- G/ B- J0 A) @7 J
255 50 50 50
. a+ v- B1 B9 l' |1 u! ZDPL3 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E 2A-2E

" l2 X' [4 l- v0 P1 E: B机器配置:
3 N* L  j1 S$ ~' r8 q1 AALADIN - Dual Pentium II 266 MHz, NT 4.0 (free) SP3
BasysGate - Pentium II 233 MHz, NT 4.0 (free) SP3
6 P" B7 O2 L; b9 F* q! \% WBIG_WWW - Dual Pentium II 266 Mhz, NT 4.0 (free) SP3
Hugo_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
; s- F, v) c6 ?3 r" w: \3 Y: E! hOTTO - Pentium II 300 MHz, NT 4.0 (free) SP4
' D, n! a& M/ A( ^: q3 bSanderD - Dual Pentium 166 MHz, NT 4.0 (free), SP3
; k& N5 h& a" p+ ?( kNotebook - Pentium 200 MHz, NT 4.0 (free), SP3
- p4 W. @. Y6 I2 q% O& G( M2 a
# [% P* W' e" O! x3 t6 F" g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。
& P# m" N; R) F; P9 C5 OWin2k下，在SoftIce中用:idt命令可以看到当前系统的IDT状态。
: n5 N$ F  t2 t0 G:idt
Int 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
1 R, P% H  s3 R0001 IntG32 0008:80465A96 DPL=3 P ntoskrnl!Kei386EoiHelper+06E0
……
00FD IntG32 0008:804646F2 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
$ e$ Y6 A2 l; x9 q0 G0 z00FE IntG32 0008:804646F9 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+092
2 p2 \) a4 a7 @8 c; Q  O8 `00FF IntG32 0008:80464700 DPL=0 P ntoskrnl!ExReleaseResourceForThread+093
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。
4 e% @( K5 R0 R* g

/ x5 p$ V- R: g* m
* e) v7 X0 `" u  U1 o! \# [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：
) }0 r. @3 A- p7 o- d$ [SIDT - Store Interrupt Descriptor Table Register

Guido Wischrop提供了下面的代码可以读取IDT的所有256项。

( y3 p1 v# w8 g# z8 kUCHAR *mBuffer;
0 G/ X9 b4 c- a- M7 i# [ULONG dummy;
……
_asm
{
mov esi,mBuffer
sidt [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
5 D: O) J0 ?: S% J( D+ T6 xmov edi,mBuffer //mBuffer is the target
3 W  d5 X5 k' }+ w" l- u% u: Rmov dummy,ecx //store size in dummy
mov esi,ebx //store IDT Base Address to ESI
/ \( \4 e" p, T2 I9 E+ ]5 u1 qshr ecx,2
rep movsd //copy IDT to mBuffer
# n. n* \+ S' v1 `}
3 u: w+ ^1 q% V- }9 K" Y: E$ D: d
' ]! j  s8 ~: ?0 J0 z. N$ U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。
1 {4 M5 A$ ^  W3 T" G(1) Windriver---> Driver Wizard---->New Project----->ISA CARD
8 `( u" ~0 _$ F* z(2) Interrupts---> New
Interrupt Number = 14(或别的) & Edge Triggered & Shared
0 Z  h7 T+ w6 O7 L7 {(3) Listen to Interrupts
7 N/ K) t& t, T5 m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
- M# {- ?4 q6 {  ?( k! 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：
:intobj
8 m' n  f+ [- H, [/ y: A1 i' e& P" m) LObject Service Service Affinity
2 V+ `4 N  [6 j( s6 A8 KAddress Vector Address Context IRQL Mode Mask Symbol
+ b1 O. ~, Z7 g+ SFD349508 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
9 s" Y! j' E* @FD48F788 3E FD10FE42 FD4BD030 0D Edge 01 atapi!.text+5AE2
8 o" L2 N& b: K5 H" |) P4 ^0 `FD34A888 3F FD057AA0 FD34E0DC 0C Level 01 NDIS!PAGENDSM
( Z6 t2 ~3 O7 o; ~NTICE: Exit32 PID=70 MOD=ps2_diag
5 y% m* c( B% a/ o1 ~  _: N+ t
& n/ s4 h8 u' b' s; N- w& T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：


! Z* d9 F: w4 a, e9 Y$ g6 r
% Q  i) @' e$ ^8 m" o5 N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。

一个问题马上被提出来了