Windows内存管理-分段

0x00前言

这是《深入解析Windows Kenrel》系列文章的第1章 第二篇

0x01原因

分段的产生原属于安全问题。

一个程序可以自由的访问不属于它的内存位置，甚至可以对那些内容进行修改。这也导致安全问题 促使一种内存隔离的手段 分段的产生。

0x02分段原理

处理器要求在加载程序时，先定义该程序所拥有的段，然后允许使用这些段。定义段时需要基地址，段界限，特权级别，类型等。

在一个程序访问cs,ss,ds,es 这些段时。处理器将会实施检查，防止内存违规访问。

因此有了段描述符来描述这些段的内容和权限

0x03段描述符

认识段描述符先定义全局描述符表GDT，为了跟踪GDT 处理器有一个48位寄存器，也就是gdtr，分别是32位线性地址和16位边界地址

访问地址范围就是0x00000000到0xffffffff 4gb 的映射范围  界限地址 ffff  就是64kb  一个GDT大小是8个字节 所以GDT最最多可以定义8192个描述符

下面就是段描述符格式

 

 

下面是低位，上面是高位

段基地址：

0-15+16~23+24~31 FFFF FF FF

段界限

0-15+19+16 FFFF F

0xFFFF FFFF:0FFFF 就是GDT的物理地址

 

G粒度位：

当为0时 段界限以字节为单位 范围（1b~1mb） 当为1时，段界限以4KB为界限 范围（4kb-4gb）

S描述符位：

当为0时 表示是个系统段，当为1时表示代码段或者数据段（栈段也是特殊的数据段）

DPL特权级位：

分别表示0，1，2，3 其中0是最高位。不同级别的程序相互隔离，严格限制互访。高可以访问低特权级

P段存在位：

p位表示描述符对应的段是否存在，当内存紧张时，可能只建立了描述符没有建立内存这时P位就是0 表示段并不存在，p是有处理器负责检查的 如果是0处理器会产生一个中断。这一过程由操作系统提供，负责将该段从硬盘换回内存。将p置为1，在多任务多用户的系统中，这是一种常用的虚拟内存调度策略

D/B操作数大小位或者栈指针大小位或者上部边界标志位

不同段表示不同意思

代码段表示 d=0 表示16位 d=1 表示32位 表示使用 eip还是ip

栈段表示 b=0表示使用sp b=1 表示使用 esp

b位也决定上部边界 b=0 就是 sp寄存器最大值 0xffff b=1 esp最大值 0xffff ffff

L64专用位

暂时不涉及 置0即可

TYPE 描述符子类型位

对于数据段来说

4位 X,E,W,A

代码段

4位 X,C,R,A

x表示可执行 数据段不可执行 默认为0

数据段的E表示段扩展方向 为0向上扩展 向高地址方向扩展。 为1向下扩展 向低地址扩展通常是栈段。

W=0表示不允许写入

C表示特权级依从 0表示非依从的代码段，可以从与它特权级相同的代码段调用，或者通过门调用

1表示 允许从低特权级的程序转移到该段执行。

R=0表示不能读出

A位已访问位 表示最近这个段是否被访问过 每当被访问会被置1 清理由操作系统负责 监视是否还在使用。知道使用频率，内存紧张时把不常用的段退避到硬盘上，从而实现虚拟内存管理

AVL位

软件位 用户使用没啥用

 

下面通过windbg调试查看gdt表

 

 看到当前的gdtr 寄存器值 和当前 ds cs es值

 

 ds 是23解析规则就是

2        3

0010 0011

00100=4

rpl 请求特权级  3就ring3 权限

tl 0=gdtr 寄存器里面  1=ldtr里面 

ds=23 指的就是GDT表的第5位置 下标在4

 可以看到前5个除了第一个用于指向null的gdt 表 其他的4个把所有类型都包括了 这是因为 微软没用分段来隔离内存  因为gdt 大小只能8192个太少了 。

读取少字节时性能不高，后面改用分页来隔离内存了，又犹豫cpu只认段描述符这种格式，所以就做了4个把所有类型都包括的描述符 来解决这个问题。

但是fs gs 用的还是分段

这里fs=3b  

111011= 7

 f892a000~00001fff

看内存拆分就是

01 00 00 a0  92 93 c0 f8

00 0a 92 f8-01

g位为1  所以  段界限要*4kb=4096

00 00 01*4kb+0xfff 就是最后的段界限

最后就是

f892a000~1fff