自制操作系统 - 进入用户模式

typedef struct tss_t
{
    u32 backlink; // 前一个任务的链接，保存了前一个任状态段的段选择子
    u32 esp0;     // ring0 的栈顶地址
    u32 ss0;      // ring0 的栈段选择子
    u32 esp1;     // ring1 的栈顶地址
    u32 ss1;      // ring1 的栈段选择子
    u32 esp2;     // ring2 的栈顶地址
    u32 ss2;      // ring2 的栈段选择子
    u32 cr3;
    u32 eip;
    u32 flags;
    u32 eax;
    u32 ecx;
    u32 edx;
    u32 ebx;
    u32 esp;
    u32 ebp;
    u32 esi;
    u32 edi;
    u32 es;
    u32 cs;
    u32 ss;
    u32 ds;
    u32 fs;
    u32 gs;
    u32 ldtr;          // 局部描述符选择子
    u16 trace : 1;     // 如果置位，任务切换时将引发一个调试异常
    u16 reversed : 15; // 保留不用
    u16 iobase;        // I/O 位图基地址，16 位从 TSS 到 IO 权限位图的偏移
    u32 ssp;           // 任务影子栈指针
} _packed tss_t;

#define KERNEL_CODE_IDX 1    // 内核代码段
#define KERNEL_DATA_IDX 2    // 内核数据段
#define KERNEL_TSS_IDX 3     // 内核TSS段
#define USER_CODE_IDX 4      // 用户代码段
#define USER_DATA_IDX 5      // 用户数据段
#define KERNEL_CODE_SELECTOR (KERNEL_CODE_IDX << 3)
#define KERNEL_DATA_SELECTOR (KERNEL_DATA_IDX << 3)
#define KERNEL_TSS_SELECTOR (KERNEL_TSS_IDX << 3)        // 内核TSS段选择子，特权级为0
#define USER_CODE_SELECTOR (USER_CODE_IDX << 3 | 0b11)
#define USER_DATA_SELECTOR (USER_DATA_IDX << 3 | 0b11)

void tss_init()
{
    memset(&tss, 0, sizeof(tss));

    tss.ss0 = KERNEL_DATA_SELECTOR;   // 内核数据段的选择子
    tss.iobase = sizeof(tss);  // iobase的存在是为了用户态也可以直接做IO，目前我们用不到

    descriptor_t *desc = gdt + KERNEL_TSS_IDX;
    descriptor_init(desc, (u32)&tss, sizeof(tss) - 1);
    desc->segment = 0;     // 系统段
    desc->granularity = 0; // 字节
    desc->big = 0;         // 固定为 0
    desc->long_mode = 0;   // 固定为 0
    desc->present = 1;     // 在内存中
    desc->DPL = 0;         // 用于任务门或调用门
    desc->type = 0b1001;   // 32 位可用 tss  (1011表示 32位TSS忙)

    BMB;
    asm volatile(
        "ltr %%ax\n" ::"a"(KERNEL_TSS_SELECTOR));
}

typedef struct intr_frame_t
{
    u32 vector;
    u32 edi;
    u32 esi;
    u32 ebp;
    // 虽然 pushad 把 esp 也压入，但 esp 是不断变化的，所以会被 popad 忽略
    u32 esp_dummy;
    u32 ebx;
    u32 edx;
    u32 ecx;
    u32 eax;
    u32 gs;
    u32 fs;
    u32 es;
    u32 ds;
    u32 vector0;
    u32 error;
    u32 eip;
    u32 cs;
    u32 eflags;
    u32 esp;
    u32 ss;
} intr_frame_t;

void task_to_user_mode(target_t target)  // target是进入用户态需执行的函数
{
    task_t *task = running_task();

    u32 addr = (u32)task + PAGE_SIZE;

    addr -= sizeof(intr_frame_t);
    intr_frame_t *iframe = (intr_frame_t *)(addr);

    iframe->vector = 0x20;    // 中断被模拟为时钟中断，
    iframe->edi = 1;
    iframe->esi = 2;
    iframe->ebp = 3;
    iframe->esp_dummy = 4;
    iframe->ebx = 5;
    iframe->edx = 6;
    iframe->ecx = 7;
    iframe->eax = 8;
    iframe->gs = 0;
    iframe->ds = USER_DATA_SELECTOR;   // 改为用户态的段选择子
    iframe->es = USER_DATA_SELECTOR;
    iframe->fs = USER_DATA_SELECTOR;
    iframe->ss = USER_DATA_SELECTOR;
    iframe->cs = USER_CODE_SELECTOR;
    iframe->error = ONIX_MAGIC;
    u32 stack3 = alloc_kpage(1); // todo replace to user stack
    iframe->eip = (u32)target;
    iframe->eflags = (0 << 12 | 0b10 | 1 << 9);
    iframe->esp = stack3 + PAGE_SIZE;
    asm volatile(
        "movl %0, %%esp\n"
        "jmp interrupt_exit\n" ::"m"(iframe));
}

static void real_init_thread()
{
    u32 counter = 0;

    char ch;
    while (true)
    {
        BMB;
        // asm volatile("in $0x92, %ax\n");
        sleep(100);
        // LOGK("%c\n", ch);
        // printk("%c", ch);
    }
}

void init_thread()
{
    // set_interrupt_state(true);
    char temp[100]; // 为栈顶有足够的空间
    task_to_user_mode(real_init_thread);
}

// 激活任务
void task_activate(task_t *task)
{
    assert(task->magic == ONIX_MAGIC);

    if (task->uid != KERNEL_USER)
    {
        tss.esp0 = (u32)task + PAGE_SIZE;
    }
}