Window内核学习之保护模式基础

段寄存器

段寄存器有6个分别是 cs，ss，ds，es，fs，gs。这些段寄存器包含16位的可见部分和80位的隐藏部分，共90位。

16位的可见部分就是我们知道的cs等段寄存器的值，我们可以在od中查看。

这16位可见部分也称为是段选择子，其16位的结构的最低两位是RPL即此段访问的请求权限级别，再往前一位是TI位，当TI位为0时表示查询GDT表，如果TI位为1表示查询LDT表。剩余13位为索引值，用来在GDT表或LDT表中索引对应的段描述符。

而剩余80位的不可见部分压缩存储在全局描述符表GDT或局部描述符表LDT的段描述符中，这80位的结构32位为段的Base，32位为段的范围大小，16位为段的属性。

struct  Hidden Part
{
  Base Address;          //32位段基地址
  Limit;                 //32位段范围
  Access Information;    //16位段属性
}

例如：mov eax，ds:[0x123456]， 0x123456是虚拟地址，ds.base + 0x123456 是线性地址，最后利用分页机制再将其映射到对应的物理地址上。（一般除了fs段寄存器之外，其他的段寄存器的基地址都为0）

读写段寄存器

读寄存器通过mov指令，mov ax，cs读寄存器指令只是将cs段寄存器的16位可见值放到了ax中。

写寄存器通过mov指令或les，lds等指令，mov ds，ax此指令将ax的值传送到ds中，因为ds段选择子的索引值发生变化了所以其指向的段描述符也变化了，实际是相当于将隐藏的80位的值进行了复制，一共传输了96位。

GDT全局描述符表与段描述符

GDTR，LDTR，TR，IDTR

GDTR是全局描述符表寄存器有48位，其中32位为全局描述符表的基地址，16位为全局描述符表的范围大小。在windbg中可以查看对应gdtr的基地址与大小。

LDTR是局部描述符表寄存器也是16位，IDTR是中断描述符表寄存器有48位，TR是任务寄存器有16位。

段描述符

x86中段描述符是8个字节，也就是段描述符表中每8个字节为1个段描述符。

段描述符的结构如下：

P位

当P位为1时表示此段描述符有效，P位为0表示此段描述符无效。

G位

我们知道段寄存器不可见的80位压缩存储在64位的段描述符中，我们看到基地址的32位分布在段描述符中，而16位的段属性Access Information就是段描述符中的8-23位，但是段大小只有0-19位直接存储到段描述符中了（0xFFFFF）。

当G位为0时，段描述符中存储的段的大小的单位为字节，所以其能表示的段的大小为0 - 0xFFFFF。

当G为为1时，段描述符中存储的段的大小的单位为4kb，所以其能表示的段的大小为0xfff - 0xffffffff。（也就是当G为1时，如果段描述符中存的段的大小值为0，那么其实际段的大小为0xfff，这也解释了fs段寄存器一般大小都为0xfff）

S位

当S位为1时表示此段描述符表示的是代码段或数据段

当S位为0时表示此段描述符表示的是系统段

Type位

当此段描述符表示的是数据段时，第11位为0，A位表示是否已经被访问，W表示是否可写，E位为扩展方向位。



当此段描述符表示的是代码段时，第11位为1，A位表示是否已经被访问，R表示是否可读，C位为一致位（1为一致，0为非一致）



当此段描述符表示的是系统段时，其表示是中断门还是陷阱门，或者是TSS。

D/B位

对cs段的影响：当D/B位为1时采用32位寻址方式，当为0时采用16位寻址方式。（硬编码前缀67可以修改寻址方式为16位的）

对ss段的影响：当D/B位为1时隐式堆栈访问指令改变ESP，当为0时改变SP。

对向下扩展数据段的影响：当D/B位为1时段上限为4GB，当为0时段上限为0。

RPL，CPL与DPL

RPL：段选择子的低两位就是RPL，其为此段访问的请求权限级别。(一个段描述符可以由多个段选择子索引，这些段选择子可以有不同的请求权限级别)

CPL：cs段选择子的低两位就是CPL，其指定了当前代码位于哪一环。

DPL：其规定当前段的需要的访问请求级别，位于段描述符中。

• 对于数据段而言（s位为1，type位的最高位为0），访问此段描述符时需要 CPL <= DPL，RPL <= DPL

• 对于代码段而言（s位为1，type位的最高位为1），访问此段描述符时如果此代码段为非一致代码段则需要CPL == DPL，RPL <= DPL。如果此代码段为一致代码段则需要CPL >= DPL。
  
  例如：如果gdtr中第9项段描述符为一个DPL == 0的一致代码段。

假如此时cs == 0x1B，所以CPL == 3，段选择子为0x4b，所以RPL == 3，因为其是一致代码段，而CPL > DPL，所以可以访问此段描述符。

mov eax，0x4B
mov ds，ax

参考：滴水中级课程