Interrupt Descriptor Table

中断描述符表(IDT-Interrupt Descriptor Table)是特定于IA-32和x86-64体系结构的二进制数据结构。它是实模式里中断向量表(IVT)的保护模式和长模式对应物，用以告诉CPU中断服务例程 (ISR-Interrupt Service Routines) 所在的位置 (一个中断向量代表一个例程)。它在结构上类似于全局描述符表-GDT。

IDT条目被称为门(gate)。它可以包含中断门、任务门和陷阱门。

在实现IDT之前，请确保你有一个有效的GDT。

IDTR

IDT的位置保存在IDTR（IDT Register寄存器）中。这是使用LIDT汇编指令加载的，该指令的参数为IDTR：

IDT Descriptor (IDTR):
79 (64-bit Mode) 48 (32-bit Mode) 16	15 0
Offset 63 (64-bit Mode) 31 (32-bit Mode) 0	Size 15 0

Size: 比“IDT”的大小（字节）小一。
Offset: Interrupt Descriptor Table(中断描述符表)的线性地址(不是物理地址，应用分页)。

请注意，LIDT加载的数据量在32位和64位模式下有所不同，Offset在32位模式下为4字节长，在64位模式下为8字节长。

这与GDT类似，只是：

第一个条目(偏移量为零)可用于IDT。（译者注：GDT的第一个条目为空无用条目）
有256个中断向量 (0..255)，因此 IDT应该具有256个条目，每个条目对应于特定的中断向量。
虽然IDT可以包含256个以上的条目，但它们会被忽略。
虽然IDT可以包含少于256个条目，但任何不存在的条目(由于此或其他原因)将在尝试访问它们时生成一个一般保护异常（General Protection Fault）。理想情况下，IDT 应该包含足够的条目，以便可以处理此故障 (它本身是一个中断向量)。

有关更多信息，请参阅《英特尔软件开发人员手册》第3-A卷的Section 2.4.3: IDTR Interrupt Descriptor Table Register和Figure 2-6: Memory Management Registers。

IA-32上的结构

表 Table

在32位处理器上，IDT 中的条目长度为8个字节，并形成如下表:

Interrupt Descriptor Table (32-bit)
地址	内容
IDTR Offset + 0	Entry 0
IDTR Offset + 8	Entry 1
IDTR Offset + 16	Entry 2
...	...
IDTR Offset + 2040	Entry 255

给定中断向量的对应项在内存中被指向，方法是将向量缩放8，并将其添加到IDTR的Offset字段中的值。

门描述符（Gate Descriptor）

表中的每个条目都有一个复杂的结构:

Gate Descriptor (32-bit):
63 48	47	46 45	44	43 40	39 32
Offset 31 16	P	DPL 1 0	0	Gate Type 3 0	Reserved
31 16	15 0
Segment Selector 15 0	Offset 15 0

Offset:一个32位的值，分为两部分。它表示中断服务例程入口点的地址。
Selector: 段选择器具有多个字段，这些字段必须指向GDT中的有效代码段。
Gate Type: 一个4位值，它定义了此中断描述符的门类型。有五个有效的类型值:
- 0b0101 or 0x5: 任务门(Task Gate)，请注意，在这种情况下，Offset 值未使用，应设置为零。
- 0b0110 or 0x6: 16位中断门
- 0b0111 or 0x7: 16位陷阱门
- 0b1110 or 0xE: 32位中断门
- 0b1111 or 0xF: 32位陷阱门
DPL: 一个2位值，用于定义CPU特权级别，允许通过INT指令访问此中断。硬件中断会忽略此机制。
P: Present位。必须设置(1)才能使描述符有效。

有关更多信息，请参阅《英特尔软件开发人员手册》 (第3-A卷) 的 Section 6.11: IDT Descriptors 和 Figure 6-2: IDT Gate Descriptors。

示例代码

C结构体：

struct InterruptDescriptor32 {
   uint16_t offset_1;        // offset bits 0..15
   uint16_t selector;        // a code segment selector in GDT or LDT
   uint8_t  zero;            // unused, set to 0
   uint8_t  type_attributes; // gate type, dpl, and p fields
   uint16_t offset_2;        // offset bits 16..31
};

人们可能会使用的示例 type_attributes 值(假设DPL为0):

32-bit Interrupt Gate: 0x8E (p=1, dpl=0b00, type=0b1110 => type_attributes=0b1000_1110=0x8E)
32-bit Trap Gate: 0x8F (p=1, dpl=0b00, type=0b1111 => type_attributes=1000_1111b=0x8F)
Task Gate: 0x85 (p=1, dpl=0b00, type=0b0101 => type_attributes=0b1000_0101=0x85)

x86-64上的结构

表 Table

在64位处理器上，IDT中的条目为16字节长，形成如下表格：

Interrupt Descriptor Table (64-bit)
Address	Content
IDTR Offset + 0	Entry 0
IDTR Offset + 16	Entry 1
IDTR Offset + 32	Entry 2
...	...
IDTR Offset + 4080	Entry 255

通过将给定的中断向量缩放16，并将其添加到IDTR的Offset字段中的值，可以在内存中指向该中断向量的相应条目。

门描述符（Gate Descriptor）

表中的每个条目都有一个复杂的结构:

Gate Descriptor (64-bit):
127 96
Reserved
95 64
Offset 63 32
63 48	47	46 45	44	43 40	39 35	34 32
Offset 31 16	P	DPL 1 0	0	Gate Type 3 0	Reserved	IST 2 0
31 16	15 0
Segment Selector 15 0	Offset 15 0

Offset:一个64位的值，分为三部分。它表示中断服务例程入口点的地址。
Selector: 一个 段选择器，具有多个字段，这些字段必须指向你的 GDT 中的有效代码段。
IST: 一个3位值，它是Interrupt Stack Table的偏移量，存储在Task State Segment中。如果所有位都设置为零，则不使用Interrupt Stack Table。
Gate Type: 一个4位值，它定义了此 Interrupt Descriptor 代表的门的类型。在长模式下，有两个有效的类型值：
- 0b1110或 0xE：64位中断门
- 0b1111 或 0xF: 64位陷阱门
DPL： 2位值，定义允许通过INT指令访问此中断的CPU特权级别。硬件中断忽略了这种机制。
P: Present 位必须设置 (1)，描述符才有效。

在你的中断服务例程中，请记住使用IRETQ指令而不是IRET指令从中断返回，因为汇编器不会为你转换该指令。论坛上许多与64位IDT相关的问题都是由缺少 'Q' 引起的。别让这种事发生在你身上。

有关详细信息，请参阅《英特尔软件开发人员手册》第3-A卷的Section 6.14.1: 64-Bit Mode IDT和Figure 6-8: 64-Bit IDT Gate Descriptors。

示例代码

C结构体：

struct InterruptDescriptor64 {
   uint16_t offset_1;        // offset bits 0..15
   uint16_t selector;        // a code segment selector in GDT or LDT
   uint8_t  ist;             // bits 0..2 holds Interrupt Stack Table offset, rest of bits zero.
   uint8_t  type_attributes; // gate type, dpl, and p fields
   uint16_t offset_2;        // offset bits 16..31
   uint32_t offset_3;        // offset bits 32..63
   uint32_t zero;            // reserved
};

人们可能会使用的示例 type_tributes值(假设DPL为0)：

64-bit Interrupt Gate: 0x8E (p=1, dpl=0b00, type=0b1110 => type_attributes=0b1000_1110=0x8E)
64-bit Trap Gate: 0x8F (p=1, dpl=0b00, type=0b1111 => type_attributes=1000_1111b=0x8F)

门类型

基本上有两种中断：当代码执行由于错误代码而遇到Exception时发生的事件，或者处理与当前正在执行的代码无关的事件时发生的事件。在第一种情况下，有必要保存当前执行指令的地址，以便可以重试，这些称为 “陷阱（Traps）”。在第二种情况下，保存下一条指令的地址是必要的，这样就可以在中断的地方继续执行。这可能是由IRQ或其他硬件事件或使用INT指令引起的。需要注意的另一个区别是，使用Traps时，在服务例程期间可能会发生新的中断，但当CPU为IRQ提供服务时，进一步的中断会被屏蔽，直到发出“中断结束（End of Interrupt）”信号。如何处理某个中断取决于你在IDT条目中放置的门的类型。

中断门（Interrupt Gate）

中断门用于指定一个中断服务例程。例如，当在保护模式下运行时执行汇编指令INT 50时，CPU将查找IDT中的第50个条目(位于50*8)。然后加载中断门的 选择器（Selector）; 和 偏移（Offset）值。 选择器（Selector）和偏移量（Offset）用于调用中断服务例程。当执行IRET指令时，CPU从中断返回。如果CPU以32位模式运行，并且指定的选择器是16位门，则在调用ISR后，CPU将进入16位受保护模式。在这种情况下，要返回，应该使用O32 IRET指令，否则CPU将不知道它应该执行32位返回（从堆栈读取32位值，而不是16位）。

陷阱门（Trap Gate）

陷阱门应该用来处理异常。当一个异常发生时，有时会在堆栈上放置一个错误代码，应该在中断返回之前弹出该代码。

陷阱门和中断门是相似的，它们的描述符在结构上是相同的，只是在门类型字段中有所不同。不同之处在于，对于 中断门，中断在进入时会自动禁用，并在 IRET 时重新启用，而对于 陷阱门 则不会发生。

任务门（Task Gate）

任务门是特定于IA-32的门类型，用于硬件任务切换。对于任务门，选择器值应指向GDT中的位置，该位置指定 任务状态段，而不是代码段， 偏移量值未使用，应设置为零。当CPU处理该中断时，它将执行到指定任务的硬件任务切换，而不是跳转到服务例程。返回被中断的任务的指针将存储在TSS 的Task Link（任务链接）字段中。

"*注释* 因为IA-32任务不是可重入（re-entrant）的，所以中断处理程序任务必须在其完成处理中断时和执行IRET指令之间禁用中断。此操作可防止在中断任务的TSS仍被标记为忙时发生另一个中断，这将导致常规保护 (#GP-general-protection) 异常。"

—英特尔软件开发人员手册

这种类型的门不经常使用，因为硬件任务切换很慢，并且在现代处理器上几乎没有优化。同样，它在 x86-64上已被完全删除。

另见

文章

外部链接

Michal Ludvig's Intel 80386 Programmer's Reference Manual chapter 9

de:Interrupt_Descriptor_Table

Interrupt Descriptor Table

目录

IDTR

IA-32上的结构

表 Table

门描述符（Gate Descriptor）

示例代码

x86-64上的结构

表 Table

门描述符（Gate Descriptor）

示例代码

门类型

中断门（Interrupt Gate）

陷阱门（Trap Gate）

任务门（Task Gate）

另见

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