17 保护模式中的特权级(下)
参考
https://www.cnblogs.com/wanmeishenghuo/tag/%E6%93%8D%E4%BD%9C%E7%B3%BB%E7%BB%9F/
https://blog.51cto.com/13475106/category6.html
问题:
使用调用门如何实现不同特权级代码之间的跳转(如:从高特权级到低特权级)?
不幸的事实:
调用门只支持从低特权级到高特权级执行
无法利用调用门从高特权级到低特权级执行
从高特权级的代码段通过return far可以返回到低特权级的代码段执行。这时return far是一个跳转指令,完成从高特权级到低特权级的跳转,这正是我们想要的。
return的本质是做跳转的,而不是我们根深蒂固的做返回的。只是最常用的方式是做返回使用。
思路整理:
调用门的特权级跳转:
1、通过远调用(call far),低特权级 -> 高特权级
2、通过远返回(retf),高特权级 -> 低特权级
retf的本质就是恢复cs和eip的值,因此,我们需要首先将cs和eip的值放入栈中。
需要提前知道的事实:
x86处理器对于不同的特权级需要使用不同的栈
每一个特权级对应一个私有的栈(最多四个栈)
特权级跳转变化之前必须指定好相应的栈
解决方案(高特权级 -> 低特权级)
1、指定目标栈段选择子(push)
2、指定栈顶指针位置(push)
3、指定目标代码段选择子(push)
4、指定目标代码段偏移(push)
5、跳转(retf)
实验1:
%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_DPL3 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, TopOfStack16, DA_DRW + DA_32 + DA_DPL3 ; GDT end GdtLen equ $ - GDT_ENTRY GdtPtr: dw GdtLen - 1 dd 0 ; GDT Selector Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3 VideoSelector equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3 Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3 Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL3 ; 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 ; 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 ; jmp dword Code32Selector : 0 push Stack32Selector ; mu biao zhan duan xuan ze zi push TopOfStack32 ; zhan ding zhi zhen wei zhi push Code32Selector ; mu biao dai ma duan xuan ze zi push 0 ; mu bioa dai ma duan pian yi 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 ax, Data32Selector mov ds, ax 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
11-14行我们给每一个段加上了特权级DA_DPL3,同时26-29行也必须加上DA_RPL3。85-89是我们新添加的代码,运行结果如下:
成功的从高特权级跳到了低特权级。
将程序改成下面的样子可以得到同样的结果:
%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_DPL0 VIDEO_DESC : Descriptor 0xB8000, 0x07FFF, DA_DRWA + DA_32 + DA_DPL0 DATA32_DESC : Descriptor 0, Data32SegLen - 1, DA_DR + DA_32 + DA_DPL0 STACK32_DESC : Descriptor 0, TopOfStack16, DA_DRW + DA_32 + DA_DPL0 ; GDT end GdtLen equ $ - GDT_ENTRY GdtPtr: dw GdtLen - 1 dd 0 ; GDT Selector Code32Selector equ (0x0001 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 VideoSelector equ (0x0002 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 Data32Selector equ (0x0003 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 Stack32Selector equ (0x0004 << 3) + SA_TIG + SA_RPL0 ; 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 ; 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 ; jmp dword Code32Selector : 0 ; push Stack32Selector ; mu biao zhan duan xuan ze zi ; push TopOfStack32 ; zhan ding zhi zhen wei zhi push Code32Selector ; mu biao dai ma duan xuan ze zi push 0 ; mu bioa dai ma duan pian yi 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 ax, Data32Selector mov ds, ax 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
这个实验告诉我们:
1、retf就是一个跳转指令,87-89行的代码与84行是等价的。
2、在相同的特权级之间跳转时不需要栈发生变化的。
3、特权级改变时一定要指定栈,要不然程序就会发生崩溃
单步实验:
首先用ndisasm -o 0x9000 loader > loader.txt进行反汇编,找到retf的断点位置0x90A6。
启动bochs开始执行。
运行到0x90A6时结果如下:
可以看到此时cs寄存器的最后两位是0,这正是默认的特权级,继续执行。
执行了retf过后,结果如下:
此时cs的最后一个字节为b,可以算出最后两位为11,确实跳转到了特权级为3的代码段了。
小结:
调用门只支持从低特权级跳转到高特权级
利用远返回(retf)可以从高特权级转移到低特权级
x86处理器每一个特权级对应一个私有的栈
特权级跳转变化之前必须指定好相应的栈
补充:关于特权级变化时,栈的保存及切换的内容,参考《x86汇编语言_从实模式到保护模式》中
14.5.1中的完整描述。
posted on 2020-12-14 10:09 lh03061238 阅读(117) 评论(0) 编辑 收藏 举报