浅谈FS段寄存器在用户层和内核层的使用
//weibo: @少仲
在R0和R3时,FS段寄存器分别指向GDT中的不同段:在R3下,FS段寄存器的值是0x3B,在R0下,FS段寄存器的值是0x30.分别用OD和Windbg在R3和R0下查看寄存器(XP3),下图:
FS寄存器的改变是从R3进入R0后和从R0退回到R3前完成的,也就是说：都是在R0下给FS赋不同值的.(FS在R0和R3中是不同的值,在KiFastCallEntry / KiSystemService中FS值由0x3B变成0x30在 KiSystemCallExit / KiSystemCallExitBranch / KiSystemCallExit2 中再将R3的FS恢复)
一.R3与R0之间的互相转换
nt!KiSystemService:
808696a1 6a00 push 0
808696a3 55 push ebp
808696a4 53 push ebx
808696a5 56 push esi
808696a6 57 push edi
808696a7 0fa0 push fs //旧的R3 下的FS 保存入栈
808696a9 bb30000000 mov ebx,30h
808696ae 668ee3 mov fs,bx //FS=0X30 FS 值变成了0X30
808696b1 64ff3500000000 push dword ptr fs:[0]
808696b8 64c70500000000ffffffff mov dword ptr fs:[0],0FFFFFFFFh
808696c3 648b3524010000 mov esi,dword ptr fs:[124h] //ESI=_ETHEAD
808696ca ffb640010000 push dword ptr [esi+140h] //PreviousMode
808696d0 83ec48 sub esp,48h
808696d3 8b5c246c mov ebx,dword ptr [esp+6Ch]
KiSystemCallExit部分代码
80869945 8d6550 lea esp,[ebp+50h]
80869948 0fa1 pop fs // 恢复 FS 值
8086994a 8d6554 lea esp,[ebp+54h]
8086994d 5f pop edi
8086994e 5e pop esi
8086994f 5b pop ebx
80869950 5d pop ebp
80869951 66817c24088000 cmp word ptr [esp+8],80h
二.R3下的FS
当线程运行在R3下时,FS指向的段是GDT中的0x3B段.该段的长度为4K,基地址为当前线程的线程环境块（TEB）,所以该段也被称为“TEB段”.因为Windows中线程是不停切换的,所以该段的基地址值将随线程切换而改变的.Windows2000中进程环境块（PEB）的地址为0X7FFDF000,该进程的第一个线程的TEB地址为0X7FFDE000,第二个TEB的地址为0X7FFDD000…..但是在WindowsXP SP3 下这些结构的地址都是随机映射的.所以进程的PEB的地址只能通过FS:[0x30]来获取了.Windows中每个线程都有一个ETHREAD结构,该结构的TEB成员（其实是KTHREAD中的成员,而KTHREAD又是ETHREAD的成员）是用来保存线程的TEB地址的,当线程切换时,Windows就会用该值来更改GDT的0x30段描述符的基地址值.
nt!_TEB
+0x000 NtTib : _NT_TIB
+0x000 ExceptionList : Ptr32
+0x004 StackBase : Ptr32
+0x008 StackLimit : Ptr32
+0x00c SubSystemTib : Ptr32
+0x010 FiberData : Ptr32
+0x010 Version : Uint4B
+0x014 ArbitraryUserPointer : Ptr32
+0x018 Self : Ptr32 //TEB
+0x01c EnvironmentPointer : Ptr32
+0x020 ClientId : _CLIENT_ID
+0x000 UniqueProcess : Ptr32
+0x004 UniqueThread : Ptr32
+0x028 ActiveRpcHandle : Ptr32
+0x02c ThreadLocalStoragePointer : Ptr32
+0x030 ProcessEnvironmentBlock : Ptr32 //PEB
+0x034 LastErrorValue : Uint4B
+0x038 CountOfOwnedCriticalSections : Uint4B
+0x03c CsrClientThread : Ptr32
+0x040 Win32ThreadInfo : Ptr32
FS:[0X18] 就是TEB 所在的地址；FS:[0X30] 就是PEB 所在的地址
三.在R0下的FS
kd> dg 8 0x40
P Si Gr Pr Lo
Sel Base Limit Type l ze an es ng Flags
---- -------- -------- ---------- - -- -- -- -- --------
0008 00000000 ffffffff Code RE 0 Bg Pg P Nl 00000c9a
0010 00000000 ffffffff Data RW 0 Bg Pg P Nl 00000c92
0018 00000000 ffffffff Code RE 3 Bg Pg P Nl 00000cfa
0020 00000000 ffffffff Data RW 3 Bg Pg P Nl 00000cf2
0028 80042000 000020ab TSS32 Busy 0 Nb By P Nl 0000008b
0030 ffdff000 00001fff Data RW 0 Bg Pg P Nl 00000c92
0038 00000000 00000fff Data RW Ac 3 Bg By P Nl 000004f3
0040 00000400 0000ffff Data RW 3 Nb By P Nl 000000f2当线程运行在R0下时, FS指向的段是GDT中的0x30段.该段的长度也为4K,基地址为0xFFDFF000.该地址指向系统的处理器控制区域（KPCR）.这个区域中保存这处理器相关的一些重要数据值,如GDT、IDT表的值等等.
kd> dt nt!_kpcr
nt!_KPCR
+0x000 NtTib : _NT_TIB
+0x01c SelfPcr : Ptr32 _KPCR //KPCR
+0x020 Prcb : Ptr32 _KPRCB
+0x024 Irql : UChar
+0x028 IRR : Uint4B
+0x02c IrrActive : Uint4B
+0x030 IDR : Uint4B
+0x034 KdVersionBlock : Ptr32 Void
+0x038 IDT : Ptr32 _KIDTENTRY
+0x03c GDT : Ptr32 _KGDTENTRY
+0x040 TSS : Ptr32 _KTSS
+0x044 MajorVersion : Uint2B
+0x046 MinorVersion : Uint2B
+0x048 SetMember : Uint4B
+0x04c StallScaleFactor : Uint4B
+0x050 DebugActive : UChar
+0x051 Number : UChar
+0x052 Spare0 : UChar
+0x053 SecondLevelCacheAssociativity : UChar
+0x054 VdmAlert : Uint4B
+0x058 KernelReserved : [14] Uint4B
+0x090 SecondLevelCacheSize : Uint4B
+0x094 HalReserved : [16] Uint4B
+0x0d4 InterruptMode : Uint4B
+0x0d8 Spare1 : UChar
+0x0dc KernelReserved2 : [17] Uint4B
+0x120 PrcbData : _KPRCB展开_NT_TIB
kd> dt _NT_TIB
nt!_NT_TIB
+0x000 ExceptionList : Ptr32 _EXCEPTION_REGISTRATION_RECORD
+0x004 StackBase : Ptr32 Void
+0x008 StackLimit : Ptr32 Void
+0x00c SubSystemTib : Ptr32 Void
+0x010 FiberData : Ptr32 Void
+0x010 Version : Uint4B
+0x014 ArbitraryUserPointer : Ptr32 Void
+0x018 Self : Ptr32 _NT_TIB //TEB实例1:
获取KTHREAD
展开KPCR后,再次展开kpcrb
kd> dt nt!_kprcb
nt!_KPRCB
+0x000 MinorVersion : Uint2B
+0x002 MajorVersion : Uint2B
+0x004 CurrentThread : Ptr32 _KTHREAD
+0x008 NextThread : Ptr32 _KTHREAD
+0x00c IdleThread : Ptr32 _KTHREAD实例2:
获取IdleProcess
kd> dt _KPRCB
nt!_KPRCB
+0x000 MinorVersion : Uint2B
+0x002 MajorVersion : Uint2B
+0x004 CurrentThread : Ptr32 _KTHREAD
+0x008 NextThread : Ptr32 _KTHREAD
+0x00c IdleThread : Ptr32 _KTHREAD
kd> dt _KTHREAD
nt!_KTHREAD
+0x000 Header : _DISPATCHER_HEADER
+0x010 MutantListHead : _LIST_ENTRY
+0x018 InitialStack : Ptr32 Void
+0x01c StackLimit : Ptr32 Void
+0x020 Teb : Ptr32 Void
+0x024 TlsArray : Ptr32 Void
+0x028 KernelStack : Ptr32 Void
+0x02c DebugActive : UChar
+0x02d State : UChar
+0x02e Alerted : [2] UChar
+0x030 Iopl : UChar
+0x031 NpxState : UChar
+0x032 Saturation : Char
+0x033 Priority : Char
+0x034 ApcState : _KAPC_STATE
kd> dt _KAPC_STATE
nt!_KAPC_STATE
+0x000 ApcListHead : [2] _LIST_ENTRY
+0x010 Process : Ptr32 _KPROCESS
+0x014 KernelApcInProgress : UChar
+0x015 KernelApcPending : UChar
+0x016 UserApcPending : UCharVOID GetIdleProcess()
{
PEPROCESS IdleProcess;
_asm
{
mov eax,fs:[0x20] //取KPCRB
mov eax,[eax+0xC] //取IdleThread
mov eax,[eax+0x44]//取ApcState->Process
mov IdleProcess,eax
}
}最后贴一张KPCR结构图
