本文用于汇总整理Intel80386的多任务支持功能,
参考文献：
- 《INTEL 80386 programmer's reference manual 1986》
本文是系列文章《Intel80386知识总结》的一部分。
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1. 任务信息的管理机构
1.1 TSS
处理器把维护一个任务所需的所有信息都保存在一个特殊的段中：Task State Segment（TSS）。TSS的结构如下图所示：
TSS中的字段可以分为两组，一组是每次任务切换时都会更新的动态字段，另一组是只读的静态字段。动态字段包括：
- 通用寄存器保存字段：EAX、ECX、EDX、EBX、ESP、EBP、ESI、EDI
- 段寄存器保存字段：ES、CS、SS、DS、FS、GS
- 标志位寄存器保存字段：EFLAGS
- 指令指针保存字段：EIP
- 前一个任务的TSS选择符
静态字段包括：
- 任务LDT的选择符
- 寄存器PDBR的保存字段
- CPL为0～2时的堆栈段选择符，共3个
- T bit：Debug trap bit，等于1时，在每次任务切换时处理器都会产生一个调试异常
- I/O Map base：I/O用
1.2. TSS描述符
即指向TSS的段描述符，其结构如下所示：
TSS描述符TYPE字段中的B bit是TSS的忙标志位，当TYPE字段=9时，表示该任务为非繁忙任务，当TYPE字段=11时，表示该任务为繁忙任务。i386的任务是不可重入的，处理器可以通过检查任务的B bit发现任务是否繁忙。TSS描述符的LIMIT字段必须大于等于103，大于103是允许的，可以系统软件被用来存储一些相关信息。
TSS描述符只能被保存在GDT中，通过TI=1的选择符访问TSS选择符会造成异常。不能直接通过把TSS描述符载入数据段寄存器来修改其中的内容，只能通过载入另一个指向TSS的数据段描述符来修改TSS。
1.3. TR寄存器
TR寄存器给出了当前任务的TSS，通过TR寄存器访问TSS的路径如下图所示：
1.4. 任务门
i386提供任务门机制作为间接的受保护的访问TSS的方式，其结构如下所示：
其中，SELECTOR字段指向TSS描述符，SELECTOR字段中的RPL是不被使用的，同时，当使用任务门时，TSS描述符中的DPL失效，优先级保护规则为：选中任务门所用的选择符RPL和CPL都必须小于等于任务门的DPL。
一个TSS只有唯一的TSS描述符与其对应，却可以有多个任务门同时指向对应的TSS。TSS描述符和任务门形成了多任务管理的两层架构：
2. 任务的切换
2.1 切换流程
- 检查当前任务是否有权切换到目标任务：TSS描述符或者是调用门的DPL必须小于等于CPL和调用门选择符的RPL
- 检查目标TSS描述符的PRESENT字段是否为1，LIMIT字段是否合法，否则产生异常。异常将在切换前的任务上下文中。
- 保存当前任务的执行现场：保存寄存器EAX、ECX、EDX、EBX、ESP、EBP、ESI、EDI、ES、CS、SS、DS、FS、GS、EFLAGS到TSS。把当前指令（造成任务切换的指令）的下一条指令地址保存到TSS。
- 在TR寄存器中载入目标任务的TSS描述符，并设置其Busy bit。
- 从新任务的TSS中恢复现场，并继续执行
在上述过程中要完成的保护检查一览：
| 序号 | 检查内容 | 异常类型 |
| 1 | Incoming TSS descriptor is present | NP |
| 2 | Incoming TSS descriptor is marked not-busy | GP |
| 3 | Limit of incoming TSS is greater than or equal to 103 | TS |
| 4 | LDT selector of incoming task is valid | TS |
| 5 | LDT of incoming task is present | TS |
| 6 | CS selector is valid | TS |
| 7 | Code segment is present | NP |
| 8 | Code segment DPL matches TS Code segment CS RPL | TS |
| 9 | Stack segment is valid | GP |
| 10 | Stack segment is present | SF |
| 11 | Stack segment DPL = CPL | SF |
| 12 | Stack-selector RPL = CPL | GP |
| 13 | DS, ES, FS, GS selectors are valid | GP |
| 14 | DS, ES, FS, GS segments are readable | GP |
| 15 | DS, ES, FS, GS segments are present | NP |
| 16 | DS, ES, FS, GS segment DPL ≥ CPL (unless these are conforming segments) | GP |
其中，异常类型的含义为：
- NP = Segment-not-present exception
- GP = General protection fault
- TS = Invalid TSS
- SF = Stack fault
2.2 任务返回链
TSS的back-link字段和EFLAGS寄存器的NT（Nested Task）标志位共同提供了i386的任务返回链机制。当由任务A切换至任务B的时候，处理器会在任务B的TSS中设置back-link字段，指向任务A的TSS选择符，同时设置任务B的EFLAGS寄存器中的NT位=1。当任务B释放控制流的时候，处理器首先检查EFLAGS的NT位是否为1，若为1则读取任务B TSS中的back-link字段自动返回。在系统运行的过程中返回链的长度可以无限增长，TSS描述符的Busy位保护了在返回链中没有环。同时，在多处理器环境下，Busy位还可以保护一个任务不被多个处理器同时执行。下表总结了Busy位，NT位和Back-link字段的具体行为逻辑：
