ucore-project4: 内核态和用户态切换（3）

这是内核态和用户态切换的最后一篇，也是project4的最后一篇了。

 

完成了使用call gate进行用户态到内核态的切换，使用lret进行内核态到用户态的切换的实验。这是project4.1.2的内容。

 

内核态到用户态的切换比较麻烦一些，首先将用户态段selector给ds，es，fs，gs赋值，将用户态栈的selector压栈，然后ebp压栈。因为c编译器会再函数开头将ebp压栈，然后将esp赋值给ebp，因此压栈的实际上就是压用户态栈selector前的esp的值。然后将用户态代码段selector压栈，然后将lret下一条指令位置压栈，然后执行lret，完成。代码如下：

static void callk2u()
{
    asm volatile ("movw %0, %%ax;"
                         "movw %%ax, %%ds;"
                         "movw %%ax, %%es;"
                         "movw %%ax, %%fs;"
                         "movw %%ax, %%gs;"
                         "pushl %0;"
                         "pushl %%ebp;"
                         "pushl %1;"
                         "pushl $1f;"
                         "lret;"
                         "1:"
                         ::"i"(SS_UDATA), "i"(SS_UTEXT));
}

 callk2u函数返回后，cpu已经处于用户态了。

用户态切换到内核态代码比较简单，使用callgate操作，不过在这里犯了个错误，调用lcall时，没有传入callgate的selector（51），而是传了callgate在gdt数组中的下标（6），导致调用出错，改过来就好了。

首先建立callgate：

setcallgate(&gdt[GATE_CALLU2K], SS_KTEXT, to_kernel, 0, DPL_USER);

 

这里to_kernel函数用来做假，将栈换掉，执行ret而不是lret，所以to_kernel返回时，不是原样不变返回原来的用户态，而是处于内核态了，并且代码还继续往后执行。to_kernel代码如下：

static void to_kernel()
{
    asm volatile("movw %0, %%ax"
                        "movw %%ax, %%ds;"
                        "movw %%ax, %%es;"
                        "movw %%ax, %%fs;"
                        "movw %%ax, %%gs;"
                        "movl 4(%%ebp), %%eax;"
                        "movl 12(%%ebp), %%esp;"
                        "pushl %%eax;"
                        "pushl %%ebp;"
                        ::"i" (SS_KDATA));
}

 

其中最后一句pushl %%ebp主要是用来应对c编译器为to_kernel生成的popl %ebp; ret这两条指令的，也可以不要pushl %%ebp，直接使用ret指令，此时编译器自动生成的popl %ebp; ret两条指令就不会被执行了。无论哪种方式，都不会对堆栈产生影响。

 

调用callgate的代码如下（因使用lcall，所以也要使用汇编来处理）：

static void callu2k()
{
    asm volatile ("lcall %0, $0;"
                         ::(i)(GS_CALLU2K));
}