Windows 中 FS 段寄存器
代码运行在RING0（系统地址空间）和RING3（用户地址空间）时，FS段寄存器分别指向GDT(全局描述符表)中不同段：在RING3下，FS段值是0x3B（这是WindowsXP下值；在Windows2000下值为0x38。差别就是在XP下RPL=3）；运行在RING0下时，FS段寄存器值是0x30。下面以XP为例说说。
一． RING3下的FS
当代码运行在Ring3下时，FS值为指向的段是GDT中的0x38段（RPL为3）。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”。
WINXPSP1及以前的Windows2000等系统中，进程环境块（PEB）的地址固定为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…..但是自从WindowsXP SP2开始PEB和TEB的地址都是随机映射的(详见博文：MiCreatePebOrTeb函数注释)。
下图是WindowsXP SP3下的TEB结构(大小为0XFB8)：
| 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 <―― +0x01c EnvironmentPointer : Ptr32 +0x020 ClientId : _CLIENT_ID +0x000 UniqueProcess : Ptr32 +0x004 UniqueThread : Ptr32 +0x028 ActiveRpcHandle : Ptr32 +0x02c ThreadLocalStoragePointer : Ptr32 +0x030 ProcessEnvironmentBlock : Ptr32 <―― +0x034 LastErrorValue : Uint4B +0x038 CountOfOwnedCriticalSections : Uint4B +0x03c CsrClientThread : Ptr32 +0x040 Win32ThreadInfo : Ptr32 ……
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FS:[0X18]就是TEB所在的地址；FS:[0X30]就是PEB所在的地址。由于每个线程的TEB不尽相同，所以GDT中0X30描述符的基地址会随着线程的切换而改变的。我们来看看在什么地方变换的.看XP SP2 下的SwapContext的代码（该段代码在博文 pjf获得SwapContext地址方法的解析 中曾被引用，来说明如何获取SwapContext地址）：
| ………… 8086dd6c 8b4b40 mov ecx,dword ptr [ebx+40h] 8086dd6f 894104 mov dword ptr [ecx+4],eax 8086dd72 8b6628 mov esp,dword ptr [esi+28h] 8086dd75 8b4620 mov eax,dword ptr [esi+20h]//这两条指令将新线程的TEB保存在KPRC 8086dd78 894318 mov dword ptr [ebx+18h],eax //的0X18中 8086dd7b fb sti 8086dd7c 8b4744 mov eax,dword ptr [edi+44h] 8086dd7f 3b4644 cmp eax,dword ptr [esi+44h] 8086dd82 c6475000 mov byte ptr [edi+50h],0 8086dd86 7440 je nt!SwapContext+0xe8 (8086ddc8) 8086dd88 8b7e44 mov edi,dword ptr [esi+44h] 8086dd8b 8b4b48 mov ecx,dword ptr [ebx+48h] 8086dd8e 314834 xor dword ptr [eax+34h],ecx 8086dd91 314f34 xor dword ptr [edi+34h],ecx 8086dd94 66f74720ffff test word ptr [edi+20h],0FFFFh 8086dd9a 7571 jne nt!SwapContext+0x12d (8086de0d) 8086dd9c 33c0 xor eax,eax 8086dd9e 0f00d0 lldt ax 8086dda1 8d8b40050000 lea ecx,[ebx+540h] 8086dda7 e850afffff call nt!KeReleaseQueuedSpinLockFromDpcLevel (80868cfc) 8086ddac 33c0 xor eax,eax 8086ddae 8ee8 mov gs,ax 8086ddb0 8b4718 mov eax,dword ptr [edi+18h] 8086ddb3 8b6b40 mov ebp,dword ptr [ebx+40h] 8086ddb6 8b4f30 mov ecx,dword ptr [edi+30h] 8086ddb9 89451c mov dword ptr [ebp+1Ch],eax 8086ddbc 0f22d8 mov cr3,eax 8086ddbf 66894d66 mov word ptr [ebp+66h],cx 8086ddc3 eb0e jmp nt!SwapContext+0xf3 (8086ddd3) 8086ddc5 8d4900 lea ecx,[ecx] 8086ddc8 8d8b40050000 lea ecx,[ebx+540h] 8086ddce e829afffff call nt!KeReleaseQueuedSpinLockFromDpcLevel (80868cfc) 8086ddd3 8b4318 mov eax,dword ptr [ebx+18h]//这几句就是将新线程的TEB的地址 8086ddd6 8b4b3c mov ecx,dword ptr [ebx+3Ch]//更新到GDT的0X38描述符的基地址 8086ddd9 6689413a mov word ptr [ecx+3Ah],ax //中去。 8086dddd c1e810 shr eax,10h // 8086dde0 88413c mov byte ptr [ecx+3Ch],al // 8086dde3 88613f mov byte ptr [ecx+3Fh],ah // 8086dde6 ff464c inc dword ptr [esi+4Ch] ......... |
二． RING0下的FS
当线程运行在Ring0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（我的P4单核XPSP3下除了0FFDFF000外还会有其它值，不是是何原因？）。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（关于通过KPCR获得系统一些重要变量可看博文WindowsXP内核变量）。下面就是WindowsXP sp3中的KPCR数据结构：
| nt!_KPCR +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 <---- +0x01c SelfPcr : Ptr32 <----- +0x020 Prcb : Ptr32 +0x024 Irql : UChar +0x028 IRR : Uint4B +0x02c IrrActive : Uint4B +0x030 IDR : Uint4B +0x034 KdVersionBlock : Ptr32 +0x038 IDT : Ptr32 +0x03c GDT : Ptr32 +0x040 TSS : Ptr32 +0x044 MajorVersion : Uint2B …………… |
看两个地址0x18和0x1C。在TEB中0x18指向自己，即TEB。而KPCR中指向自己的确是0x1C；0x18却是指向当前线程的TEB，所以0x18字段名叫做Self-used比较确切（WIN2K源码如此定义）。总之，不管是在RING3还是RING0，FS:[0x18]总是指向当前线程的TEB。
三． RING0与RING3之间的变换
RING0和RING3之间的变换通常是发生在系统调用与返回时，关于系统调用，可参看博文WINDOWS系统调用和 SYSENTER系统服务调用过程。
FS在RING0和RING3中是不同的值，在KiFastCallEntry / KiSystemService中FS值由0x3B变成0x30；在KiSystemCallExit / KiSystemCallExitBranch / KiSystemCallExit2中再将RING3的FS恢复。
下面来看看KiSystemService的开头部分代码(KiFastCallEntry也是一样)：
| nt!KiSystemService: ………… |
再看看下面的KiSystemCallExit部分代码：
| ………… |