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特权级转移 之 保护模式下代码段(一致性代码段 非一致性代码段)特权级保护依据

作者:互联网

学习自唐佐林老师

提炼:

可以 不使用 调用门(低特权级跳转到高特权级) 和 TSS任务状态段(高特权级跳转到低特权级) 的情况下 做代码段之间的跳转(特权级切换),所使用的就是保护模式下对于代码段特权级保护的依据,即 一致性代码段 与 非一致性代码段的规则。

1 对于非一致性代码段,只能同级转移
其他同特权级代码段(不限一致或非一致) -----跳转到—> 当前非一致性代码段

2 对于一致性代码段,支持低特权级到高特权级一致性代码段的转移,但是!!! 但是转移之后 CPL不变!!!
正常通过调用门跳转到高特权级,代码段CPL 会被赋值为当前内存段的DPL ,但是 这里 对于一致性代码段,不适用!!!

其他低(同)特权级代码段 -----跳转到—> 当前高特权级一致性代码段

3 特权级降低转移到时候,即执行 retf指令的时候,会触发处理器会对栈段特权级的检查,直接通过选择子中的RPL 进行检查,具体就是 SS的选择子请求特权级RPL 要等于 代码段的选择子请求特权级RPL

4 一致性代码段可以直接跳转到其他同级非一致性代码段执行
一致性代码段与非一致性代码段 中的代码没有本质区别,这两种代码段仅仅是跳转时使用的合法性判断规则不同,因此,一致性代码段到非一致性代码段的直接同级跳转是合法的

在这里插入图片描述
系统段与非系统段的区分就是看 段描述符内存结构中 高32位的第12位,注意这里所说的系统段与非系统端 指的并不是操作系统,而是处理器本身,比如系统段 具体一点就是 局部段描述附表,TSS任务状态段等,特点就是 处理器需要他们来完成一些关键的功能,如 LDT与TSS是多任务实现的基础,因此他们是系统段

而非系统段 指的就是通常定义的 代码段与数据段,对于代码段而言,又分为 一致性代码段与非一致性代码段


段描述符内存结构中 Type字段: 高32位的第8 - 11 位,判断是不是一致性代码段就是 C位的值

在这里插入图片描述

这里的跳转不借助于 调用门描述符!!!

一致性代码段与非一致性代码段 之间的差异 主要体现在代码段之间进行跳转的时候

如果想要跳转到非一致性代码段,必须满足 一下两个条件:
CPL == DPL 当前代码段可执行特权级 == 目标内存段特权级
RPL <= DPL 目标内存选择子请求特权级要高于目标内存特权级
即平级跳转

如果想要跳转到 一致性代码段,那么就只支持从 低(同)特权级的代码 向 高特权级的一致性代码段转移,也就是说 成功跳转的条件是 CPL >= DPL, 即当前代码段可执行特权级 低于或等于 目标内存段特权级,表面看,这个是很厉害的,在不借助调用门描述符的情况下,直接从低特权级跳转到高特权级,虽然能直接跳转,但是,但是,但是 跳转后CPL特权级不会发生改变。比如,当前想从特权级为1的代码段 跳转到 特权级为0 的一致性代码段 那么在我们跳转过去之后,CPL并不会自动等于 当前内存段特权级0,而是依旧是1,不会发生变化!!!

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实验:代码段的直接跳转规则

%include "inc.asm"

org 0x9000

jmp ENTRY_SEGMENT

[section .gdt]
; GDT definition
;                                 段基址,       段界限,       段属性
GDT_ENTRY       :     Descriptor    0,            0,           0
CODE32_DESC     :     Descriptor    0,    Code32SegLen - 1,    DA_C + DA_32 + DA_DPL1
VIDEO_DESC      :     Descriptor 0xB8000,     0x07FFF,         DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL2
DATA32_DESC     :     Descriptor    0,    Data32SegLen - 1,    DA_DR + DA_32 + DA_DPL2
STACK32_DESC    :     Descriptor    0,     TopOfStack32,       DA_DRW + DA_32 + DA_DPL1
;非一致性代码段 属性 DA_C
FUNCTION_DESC   :     Descriptor    0,   FunctionSegLen - 1,   DA_C + DA_32 + DA_DPL1
;一致性代码段 属性DA_CCO  特权级0
NEW_DESC        :     Descriptor    0,      NewSegLen - 1,     DA_CCO + DA_32 + DA_DPL0
; GDT end

GdtLen    equ   $ - GDT_ENTRY

GdtPtr:
          dw   GdtLen - 1
          dd   0
          
          
; GDT Selector

Code32Selector     equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1
VideoSelector      equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2
Data32Selector     equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2
Stack32Selector    equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1
;非一致性代码段 选择子
FunctionSelector   equ (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1
;一致性代码段选择子
NewSelector        equ (0x0006 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0

; end of [section .gdt]



TopOfStack16    equ 0x7c00

[section .s16]
[bits 16]
ENTRY_SEGMENT:
    mov ax, cs
    mov ds, ax
    mov es, ax
    mov ss, ax
    mov sp, TopOfStack16
    
    ; initialize GDT for 32 bits code segment
    mov esi, CODE32_SEGMENT
    mov edi, CODE32_DESC
    
    call InitDescItem
    
    mov esi, DATA32_SEGMENT
    mov edi, DATA32_DESC
    
    call InitDescItem
    
    mov esi, STACK32_SEGMENT
    mov edi, STACK32_DESC
    
    call InitDescItem
    
	;非一致性代码段 初始化段描述符
    mov esi, FUNCTION_SEGMENT
    mov edi, FUNCTION_DESC
    
    call InitDescItem
    
	;一致性代码段 初始化段描述符
    mov esi, NEW_SEGMENT
    mov edi, NEW_DESC
    
    call InitDescItem
    
    ; initialize GDT pointer struct
    mov eax, 0
    mov ax, ds
    shl eax, 4
    add eax, GDT_ENTRY
    mov dword [GdtPtr + 2], eax

    ; 1. load GDT
    lgdt [GdtPtr]
    
    ; 2. close interrupt
    cli 
    
    ; 3. open A20
    in al, 0x92
    or al, 00000010b
    out 0x92, al
    
    ; 4. enter protect mode
    mov eax, cr0
    or eax, 0x01
    mov cr0, eax
    
    ; 5. jump to 32 bits code
    push Stack32Selector   ; 目标栈段选择子
    push TopOfStack32      ; 栈顶指针位置
    push Code32Selector    ; 目标代码段选择子
    push 0                 ; 目标代码段偏移
	;特权级降低转移到时候,即执行 retf指令的时候,会触发处理器会对栈段特权级的检查,直接通过选择
		;子中的RPL 进行检查,具体就是 SS的选择子请求特权级RPL 要等于 代码段的选择子请求特权级RPL
    retf


; esi    --> code segment label
; edi    --> descriptor label
InitDescItem:
    push eax

    mov eax, 0
    mov ax, cs
    shl eax, 4
    add eax, esi
    mov word [edi + 2], ax
    shr eax, 16
    mov byte [edi + 4], al
    mov byte [edi + 7], ah
    
    pop eax
    
    ret

[section .dat]
[bits 32]
DATA32_SEGMENT:
    DTOS               db  "D.T.OS!", 0
    DTOS_OFFSET        equ DTOS - $$

Data32SegLen equ $ - DATA32_SEGMENT

   
[section .s32]
[bits 32]
CODE32_SEGMENT:
    mov ax, VideoSelector
    mov gs, ax
    
    mov ax, Data32Selector
    mov ds, ax
    
    mov ax, Stack32Selector
    mov ss, ax
    
    mov eax, TopOfStack32
    mov esp, eax
    
	;跳转到非一直性代码段
    ; mov ebp, DTOS_OFFSET
    ; mov bx, 0x0C
    ; mov dh, 12
    ; mov dl, 33
	;跳转到 同特权级的 非一致性代码段执行
    ; call FunctionSelector : PrintString
    
	;跳转到 高特权级的一致性代码段
	;从低特权级的非一致性代码段 直接跳转到 高特权级的一致性代码段
	;使用jmp 直接从特权级为1的非一致性代码段 跳转到了 特权级为0的代码段 !!!
	;所以 对于一致性的代码段来说,可以直接从低特权级的代码段跳转过来 !!!
    jmp NewSelector : 0
    
Code32SegLen    equ    $ - CODE32_SEGMENT

;一致性代码段,必须从低特权级代码(或者同特权级代码段)段跳转过来
[section .new]
[bits 32]
NEW_SEGMENT:

	;特点:
	;特点1:在特权级为0的一致性代码中 继续跳转(即函数调用),跳转到 特权级为1的非一致性代码段中去执行
	;特点2: 当前代码段是 特权级为0的一致性代码段,而使用的栈段特权级是1
	;也就是说直接 降特权级跳转(没有使用retf),并且使用了不对等的栈段
		;所以,虽然可以从低特权级代码(或者同特权级代码段)段跳转过来到 高特权级,还是1,所以说可以直接 跳转
		;到 特权级为1的非一致性代码段中去执行,并使用特权级为1的栈段
    mov ebp, DTOS_OFFSET
    mov bx, 0x0C
    mov dh, 12
    mov dl, 33
    
    call FunctionSelector : PrintString
    
    jmp $
    
NewSegLen    equ    $ - NEW_SEGMENT

;非一致性代码段,只能平级跳转过来
[section .func]
[bits 32]
FUNCTION_SEGMENT:

; ds:ebp    --> string address
; bx        --> attribute
; dx        --> dh : row, dl : col
PrintStringFunc:
    push ebp
    push eax
    push edi
    push cx
    push dx
    
print:
    mov cl, [ds:ebp]
    cmp cl, 0
    je end
    mov eax, 80
    mul dh
    add al, dl
    shl eax, 1
    mov edi, eax
    mov ah, bl
    mov al, cl
    mov [gs:edi], ax
    inc ebp
    inc dl
    jmp print

end:
    pop dx
    pop cx
    pop edi
    pop eax
    pop ebp
    
    retf
    
PrintString    equ   PrintStringFunc - $$

FunctionSegLen    equ   $ - FUNCTION_SEGMENT

[section .gs]
[bits 32]
STACK32_SEGMENT:
    times 1024 * 4 db 0
    
Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENT
TopOfStack32  equ Stack32SegLen - 1

证明 对于一致性代码段,支持低特权级到高特权级一致性代码段的转移,但是!!! 但是转移之后 CPL不变!!!

反编译:ndisasm -b 32 -o 0x9000 loader > loader.txt

地址
00009115  EA000000003000    jmp dword 0x30:0x0

bochs
6
break 0x9115
info break
c
停到了 指令 :jmp NewSelector : 0  处
sreg ;查看关键寄存器值
cs:0x0009, 即 1001 最低两位是01  证明当前可执行代码段特权级CPL为1,正是我们定义的特权级
s ;单步执行 单步多次 执行到  指令 call FunctionSelector : PrintString 处
cs:0x0031  最低两位还是 01,证明当前可执行代码段特权级CPL为1,说明此时CPL特权级没有变化!!!

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1 特权级降低转移到时候,即执行 retf指令的时候,会触发处理器会对栈段特权级的检查,直接通过选择子中的RPL 进行检查,具体就是 SS的选择子请求特权级RPL 要等于 代码段的选择子请求特权级RPL

2 一致性代码段可以直接跳转到其他同级非一致性代码段执行
一致性代码段与非一致性代码段 中的代码没有本质区别,这两种代码段仅仅是跳转时使用的合法性判断规则不同,因此,一致性代码段到非一致性代码段的直接同级跳转是合法的

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CPL DPL RPL 在进行保护模式检查时 所应该遵循的规则
对于数据段,上一节有说明

对于非一致性代码段,只能同级转移

对于一致性代码段,支持低特权级到高特权级一致性代码段的转移,但是!!! 但是转移之后 CPL不变!!!
正常通过调用门跳转到高特权级,代码段CPL 会被赋值为当前内存段的DPL ,但是 这里 对于一致性代码段,不适用!!!

标签:特权,mov,代码段,DA,跳转,一致性
来源: https://blog.csdn.net/LinuxArmbiggod/article/details/122145873