一、TSS 的核心作用
TSS（Task State Segment，任务状态段）是 x86 架构中用于任务切换和特权级切换的关键数据结构，主要功能包括：
- 保存任务状态： 存储任务的寄存器状态（如通用寄存器、段寄存器、EFLAGS、EIP 等），用于上下文切换。
- 管理特权级堆栈： 为每个特权级（Ring 0~3）提供独立的内核栈指针（SS 和 ESP），确保特权级切换时能正确加载栈。
- 处理中断/异常： 在发生中断或异常时，CPU 自动从 TSS 中加载目标特权级的栈指针，确保内核态代码有安全可用的栈空间。
二、TSS 与栈指针的关联
TSS 与栈指针的关系体现在特权级切换时的自动栈管理。具体机制如下：
1. TSS 中存储的栈指针字段
在 TSS 结构中，以下字段定义了不同特权级的栈指针：
- SS0、ESP0：Ring 0（内核态）的栈段选择符和栈顶指针。
- SS1、ESP1：Ring 1 的栈指针（通常不使用）。
- SS2、ESP2：Ring 2 的栈指针（通常不使用）。
2. 特权级切换时的自动加载
当 CPU 从低特权级（如用户态，Ring 3）切换到高特权级（如内核态，Ring 0）时：
- 触发条件：
通过中断、异常或系统调用（如
int 0x80）触发特权级切换。 - 加载内核栈指针： CPU 自动从 TSS 的SS0 和 ESP0字段中加载 Ring 0 的栈段选择符和栈顶指针，切换到内核栈。
- 保存用户态上下文： 原用户态的寄存器状态（SS、ESP、EFLAGS、CS、EIP 等）被压入新加载的内核栈中。
3. 示例：系统调用流程
// 用户态触发系统调用（如int 0x80）
asm("int $0x80");
// CPU自动执行以下操作：
// 1. 从TSS的SS0和ESP0加载内核栈指针。
// 2. 将用户态的SS、ESP、EFLAGS、CS、EIP压入内核栈。
// 3. 跳转到内核的中断处理函数（如system_call）。4. 操作系统对 TSS 的初始化
操作系统需为每个任务（或 CPU 核心）初始化 TSS，确保其包含正确的内核栈信息：
; 示例：设置TSS的Ring 0栈指针（SS0=0x10，ESP0=0x8000）
mov eax, tss_entry
mov [eax + 4], 0x10 ; SS0
mov [eax + 8], 0x8000 ; ESP0三、为什么需要 TSS 管理栈指针？
- 特权级隔离： 用户态（Ring 3）代码无法直接访问内核栈，必须通过 TSS 提供的安全指针切换。
- 防止栈溢出攻击： 独立的内核栈与用户栈物理隔离，避免用户程序破坏内核栈数据。
- 自动化的上下文保存： CPU 利用 TSS 中的栈指针自动保存用户态上下文，无需软件手动管理栈切换。