Task State Segment

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Das Task State Segment (kurz TSS) wird von der CPU benötigt, um Informationen über einen Task zu speichern. Eigentlich vor allem für Hardware-Multitasking verwendet, benötigt man es jedoch auch für Software-Multitasking, um der CPU im Falle eines Ringwechsels von einem niedriger privilegierten Ring in einen höheren einen Stack zu übergeben. Um ein TSS benutzen zu können, legt man einen entsprechenden Deskriptor in der GDT an, der darauf zeigt. Der Selektor dieses Deskriptors muss dann mit ltr <Selektor> ins Taskregister der CPU geladen werden.


Aufbau – TSS-Deskriptor

Task State Segment Deskriptor
31-24 23 22-21 20 19-16 15 14-13 12 11-8 7-0
Basisadresse 31-24 G 0 AVL Limit 19-16 P DPL 0 Type Basisadresse 16-23
31-16 15-0
Basisadresse 15-0 Limit 15-0
  • Type – Deskriptor Typ – Hier muss als Wert 1001b eingetragen werden. Die hintere Null wird zusätzlich als Busy-Flag verwendet. Dies wird auf 1 gesetzt, sobald der Task in das System geladen ist und gestartet wurde. Tasks sind nicht wiedereintrittsfähig. Das heißt, sie dürfen sich nicht selbst aufrufen. Dies wird mit dem Busy-Flag verhindert.

Aufbau TSS

Aufbau – Task State Segment
Offset 31-16 0-15
0x00 Previous Task Link
0x04 ESP0
0x08 SS0
0x0C ESP1
0x10 SS1
0x14 ESP2
0x18 SS2
0x1C CR3
0x20 EIP
0x24 EFLAGS
0x28 EAX
0x2C ECX
0x30 EDX
0x34 EBX
0x38 ESP
0x3C EBP
0x40 ESI
0x44 EDI
0x48 ES
0x4C CS
0x50 SS
0x54 DS
0x58 FS
0x5C GS
0x60 LDT Segment Selektor
0x64 I/O Map Base Address

Man kann die Felder des TSS in zwei Kategorien einteilen:

  1. statische Felder werden einmal mit Werten belegt und dann jeweils beim Taskwechsel von der CPU in die entsprechenden Register geladen, aber niemals automatisch verändert. Zu den statischen Feldern zählen IOMap Base Address, LDT Segment Selektor, CR3, ESP0-2 und SS0-2. Das CR3-Feld muss nicht initialisiert werden, wenn Paging nicht aktiv ist, ebenso der LDT Selektor, falls man keine LDTs verwendet. Mit der IOMap kann man bestimmte Ports maskieren, auf die der Task kein Zugriff haben soll. IOMap Base Address kann Null gesetzt werden, wenn man diese Funktion der CPU nicht nutzen möchte.
  2. dynamische Felder müssen auch initalisiert werden, werden dann aber beim Taskwechsel von der CPU immer mit den entsprechenden geänderten Registerwerten belegt. Zu den dynamischen Feldern gehören EAX-EDX, CS-GS/SS, EFLAGS, ESI/EDI/EBP/ESP und Previous Task Link.

Auch wenn man Hardware-Multitasking nicht verwendet, muss mindestens ein TSS angelegt und dessen Selektor im Taskregister gespeichert worden sein. Denn die CPU lädt bei einem Ringwechsel einen neuen Stack damit weniger privilligierte Software nicht höher privilligierte Software durch einen Stackfault zum Absturtz bringt. Dafür lädt die CPU die Felder ss0 (bzw ss1 oder ss2) sowie esp0 (bzw. esp1 oder esp2) als neuen Stack. Ein Stackwechsel wird ausgeführt, wenn ein Programm die Kontrolle an ein anderes übergibt durch...

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