在链接之后不是已经生成了中断函数名的绝对地址了吗，不是相当于已经把这个绝对物理地址已经写进了idt表（相关搜索：操作系统）

Question

x86操作系统：中断来临的时候，会去查找idt表，找到段选择子里的基址，然后加上idt表里的偏移地址组成最终的绝对物理地址。但有个问题是，在链接之后不是已经生成了中断函数名的绝对地址了吗，不是相当于已经把这个绝对物理地址已经写进了idt表？ 如果段选择子里设定的起始段基址不为0，这加起来也不对啊？。
我是初学者，勿喷，请教

Answer 1

晚上好🌙🌙🌙
本答案参考通义千问

你的问题非常有深度，涉及x86架构下的中断处理机制、IDT（中断描述符表）以及链接器生成的绝对地址之间的关系。下面我将详细解释这个问题，并用有序列表的方式逐步说明。

---

✅ 一、理解基本概念

1. IDT（Interrupt Descriptor Table）

   • IDT 是 x86 架构中用于存储中断处理程序入口点的表格。
   • 每个 IDT 条目包含一个段选择子（Segment Selector）和一个偏移量（Offset）。
   • 当发生中断时，CPU 会根据中断号从 IDT 中找到对应的条目，然后通过段选择子加载段寄存器，再根据偏移量跳转到具体的中断处理函数。

2. 段选择子 + 偏移量 = 绝对物理地址？

   • 不完全是。段选择子指向的是段描述符，而段描述符中包含了该段的基址（Base Address）。
   • 所以最终的物理地址是：
     段基址 + 偏移量

3. 链接器生成的绝对地址

   • 在编译和链接过程中，链接器会为每个函数分配一个虚拟地址（或称为“符号地址”），但这并不等于物理地址。
   • 如果使用的是分段式内存管理，那么这些地址是相对于某个段的偏移量。

---

✅ 二、为什么不能直接把“绝对物理地址”写入 IDT？

1. 操作系统通常使用分段机制（Segmentation）

• 在早期的 x86 系统中，操作系统使用分段机制来隔离不同的代码和数据段。
• 每个段都有自己的基址、长度、权限等信息。
• 因此，IDT 中保存的是段选择子 + 偏移量，而不是直接的物理地址。

2. 段选择子决定了当前段的基址

• 段选择子是一个索引值，指向 GDT 或 LDT 中的一个段描述符。
• 段描述符中包含该段的基地址（Base Address），这个基地址可以是任意的（比如 0x100000）。
• 所以，最终的物理地址 = 段基址 + 偏移量

3. 链接器无法提前知道段基址

• 链接器在链接阶段只能知道函数的相对地址（即相对于某个段的偏移量）。
• 段基址是在系统启动时由操作系统设置的（例如，内核可能将代码段的基址设为 0x100000）。
• 所以，链接器无法预先知道段基址是多少，也就无法直接生成物理地址。

---

✅ 三、为什么说“中断函数名的绝对地址”不是物理地址？

1. 链接器生成的是虚拟地址

• 链接器生成的地址是虚拟地址，而不是物理地址。
• 在保护模式下，这些虚拟地址需要通过分页机制或分段机制转换为物理地址。

2. IDT 中的偏移量是相对于段的

• IDT 中的偏移量是相对于段基址的偏移。
• 例如，如果段基址是 0x100000，而中断处理函数在段内的偏移是 0x200，那么实际地址就是 0x100000 + 0x200 = 0x100200。

3. 所以，不能直接把“绝对地址”写入 IDT

• 如果你试图将物理地址写入 IDT，可能会导致：
  • 段错误（Segmentation Fault）
  • 权限错误（Page Fault）
  • 安全漏洞（Security Vulnerability）

---

✅ 四、如何正确地将中断函数注册到 IDT？

1. 步骤一：定义中断处理函数

void my_interrupt_handler() {
    // 处理中断逻辑
}

2. 步骤二：获取函数的偏移量

• 使用链接器脚本或汇编指令获取函数的偏移量。
• 例如，在 GCC 中可以使用 &my_interrupt_handler 获取其虚拟地址。

3. 步骤三：构建 IDT 条目

• 构建一个 IDT 条目，其中包含：
  • 段选择子（Selector）
  • 偏移量（Offset）
  • 类型（Type）（如中断门、陷阱门）
  • 特权级（DPL）
  • 存在位（Present）

struct idt_entry {
    uint16_t offset_low;
    uint16_t selector;
    uint8_t zero;
    uint8_t type_attr;
    uint16_t offset_high;
} __attribute__((packed));

4. 步骤四：初始化 IDT 并加载到 CPU

• 将 IDT 条目填入内存，然后使用 lidt 指令加载到 CPU。

---

✅ 五、总结

| 问题 | 解答 | |------|------| | IDT 是否已经写入了绝对物理地址？ | ❌ 不是，IDT 中保存的是段选择子 + 偏移量 | | 链接器是否生成了物理地址？ | ❌ 链接器生成的是虚拟地址 | | 为什么不能直接写入物理地址？ | ⚠️ 分段机制要求段选择子 + 偏移量，不能直接使用物理地址 | | 段选择子中的基址如何确定？ | 🔄 由操作系统在启动时设置（如 GDT） |

---

✅ 六、示例代码（简化版）

// 定义中断处理函数
void my_irq_handler() {
    // 处理中断
}

// 构建 IDT 条目
struct idt_entry idt[256];

void init_idt() {
    // 假设我们有一个段选择子 0x08（指向代码段）
    uint16_t selector = 0x08;

    // 获取函数的偏移量
    void* handler_addr = &my_irq_handler;
    uint32_t offset = (uint32_t)handler_addr;

    // 填充 IDT 条目
    idt[0].offset_low = offset & 0xFFFF;
    idt[0].selector = selector;
    idt[0].zero = 0;
    idt[0].type_attr = 0x8E; // 中断门（32位）
    idt[0].offset_high = (offset >> 16) & 0xFFFF;

    // 加载 IDT 到 CPU
    struct idt_ptr {
        uint16_t limit;
        uint32_t base;
    } __attribute__((packed));

    struct idt_ptr idtp;
    idtp.limit = sizeof(idt) - 1;
    idtp.base = (uint32_t)&idt;

    asm volatile("lidt %0" : : "m"(idtp));
}

---

✅ 七、重点总结（加粗部分）

• IDT 中保存的是段选择子 + 偏移量，而不是物理地址。
• 链接器生成的是虚拟地址，不是物理地址。
• 段选择子中的基址由操作系统在运行时设定。
• 不能直接将“绝对地址”写入 IDT，否则会导致异常或崩溃。
• 正确的做法是：使用段选择子 + 偏移量构造 IDT 条目。

---

如果你对分段机制、GDT、IDT、中断处理流程感兴趣，我可以继续为你讲解更深入的内容！