一.特权级转移中
Q:处理器通过什么规则判断请求或代码跳转是否合法？
CPL，RPL，DPL之间的关系
A.数据段的访问规则(数据段无可执行属性)
1.访问者权限(CPL)高于或等于数据段权限(DPL)
2.请求特权级(RPL)高于或等于数据段特权(DPL)
3.即(CPL小于或等于DPL)(RPL小于或等于DPL)
实验-三个不同的实验来验证，来判断访问是否合法
三种不同的访问方式
; CPL = 2， RPL = 1， DPL = 3， 访问是否合法？ ===> yes
; CPL = 0， RPL = 3， DPL = 2， 访问是否合法？ ===> no
; CPL = 0， RPL = 1， DPL = 2， 访问是否合法？ ===> yes代码如下
%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_DPL2
VIDEO_DESC : Descriptor 0xB8000, 0x07FFF, DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL3
DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL3
STACK32_DESC : Descriptor 0, TopOfStack32, DA_DRW + DA_32 + DA_DPL2
; GDT end
GdtLen equ $ - GDT_ENTRY
GdtPtr:
dw GdtLen - 1
dd 0
; GDT Selector
Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2
VideoSelector equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3
Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1
Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL2
; end of [section .gdt]
; CPL = 2， RPL = 1， DPL = 3， 访问是否合法？ ===> yes
; CPL = 0， RPL = 3， DPL = 2， 访问是否合法？ ===> no
; CPL = 0， RPL = 1， DPL = 2， 访问是否合法？ ===> yes
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
; 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
; retf
jmp word Code32Selector : 0
; 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
mov ebp, DTOS_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 12
mov dl, 33
call PrintString
jmp $
; ds:ebp --> string address
; bx --> attribute
; dx --> dh : row, dl : col
PrintString:
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
ret
Code32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT
[section .gs]
[bits 32]
STACK32_SEGMENT:
times 1024 * 4 db 0
Stack32SegLen equ $ - STACK32_SEGMENT
TopOfStack32 equ Stack32SegLen - 1
实验结果如下
将段描述符中的CPL，DPL，RPL按照实验要求进行设置所示
第一个实验要求结果如图所示
实验结论
选择子被段寄存器加载时，会进行保护模式的检查
1.检查选择子的下标是否合法，即段描述符的合法性
2.检查特权级是否合法(CPL RPL<=DPL)
3.检查特权级时CPL和RPL之间不会进行比较
B.代码段的分类
1.代码段的分类有两种：非系统段与系统段(与S位有关)，在段描述符内存结构图中，在高12位中的s位为0时，为系统段(LDT,TSS,各种门结构)；s位为1时，为非系统段(一致性代码段与非一致性代码段)
2.非系统段的分类(如图所示)
a.一致性代码段:X=1,C=1
b.非一致性代码段:X=1,C=0
两者代码段之间的跳转规则(不借助门描述符)
a.非一致性代码段，代码之间只能平级转移(CPL==DPL.RPL<=DPL)
b.一致性代码段，支持低特权级代码向高特权级代码的转移(CPL>=DLP),虽然可以成功转移高特权级代码段，但是当前特权级不变
需要注意的是，数据段只有一种，没有一致性和非一致性的区分，并且，数据段不允许被低特权级的代码段访问。
实验-代码段的直接跳转实验
%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
FUNCTION_DESC : Descriptor 0, FunctionSegLen - 1, DA_C + DA_32 + DA_DPL1;函数段，定义打印函数,在屏幕打印字符串
; 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
FunctionSelector equ (0x0005 << 3) + SA_TIG + SA_RPL1
; 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
mov esi, FUNCTION_SEGMENT
mov edi, FUNCTION_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
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
; mov ebp, DTOS_OFFSET
; mov bx, 0x0C
; mov dh, 12
; mov dl, 33
call FunctionSelector : PrintString
jmp $
Code32SegLen equ $ - CODE32_SEGMENT
[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 - 11.首先进行非一致性代码段实验，跳转时只能平级跳转，现在将函数段特权级改为2，运行代码改动如下
实验结果产生异常，如下所示
该处异常指出的是非一致性代码段DPL!=CPL,两者之间不能跳转
2.一致性代码段的设置
[section .new]
[bits 32]
NEW_SEGMENT:
mov ebp, DTOS_OFFSET
mov bx, 0x0C
mov dh, 12
mov dl, 33
call FunctionSelector : PrintString
jmp $
NewSegLen equ $ - NEW_SEGMENT
一致性代码段的属性设置是不一样的，同时将其设置为0特权级,还需要将其初始化设置，跳转也要改变，将其设置为一致性代码段处
实验结果
代码运行成功说明对于一致性代码段来说，可以从低代码段到高代码段跳转
实验结论
特权级降低转移时，retf指令会触发栈段的特权级检查，一致性代码段可直接跳转到其它同级非一致性代码段执行，在大多数情况下，选择子中的RPL和对应段描述符中的DPL可设置为相同值
小结
1.CPL,RPL和DPL是处理进行特权级保护的依据
2.对于数据段:CPL<=DPL,RPL<=DPL
3.对于非一致性代码段:CPL==DPL,RPL<=DPL
4.对于一致性代码段:CPL>=DPL,转移后CPL不变