CPU 权限划分
Intel的CPU将特权级别分为4个级别:RING0,RING1,RING2,RING3。Windows只使用其中的两个级别RING0和RING3,RING0只给操作系统用,RING3谁都能用。如果普通应用程序企图执行RING0指令,则Windows会显示“非法指令”错误信息。
ring0是指CPU的运行级别,ring0是最高级别,ring1次之,ring2更次之…… 拿Linux+x86来说, 操作系统(内核)的代码运行在最高运行级别ring0上,可以使用特权指令,控制中断、修改页表、访问设备等等。 应用程序的代码运行在最低运行级别上ring3上,不能做受控操作。如果要做,比如要访问磁盘,写文件,那就要通过执行系统调用(函数),执行系统调用的时候,CPU的运行级别会发生从ring3到ring0的切换,并跳转到系统调用对应的内核代码位置执行,这样内核就为你完成了设备访问,完成之后再从ring0返回ring3。这个过程也称作用户态和内核态的切换。
RING设计的初衷是将系统权限与程序分离出来,使之能够让OS更好的管理当前系统资源,也使得系统更加稳定。举个RING权限的最简单的例子:一个停止响应的应用程式,它运行在比RING0更低的指令环上,你不必大费周章的想着如何使系统回复运作,这期间,只需要启动任务管理器便能轻松终止它,因为它运行在比程式更低的RING0指令环中,拥有更高的权限,可以直接影响到RING0以上运行的程序,当然有利就有弊,RING保证了系统稳定运行的同时,也产生了一些十分麻烦的问题。比如一些OS虚拟化技术,在处理RING指令环时便遇到了麻烦,系统是运行在RING0指令环上的,但是虚拟的OS毕竟也是一个系统,也需要与系统相匹配的权限。而RING0不允许出现多个OS同时运行在上面,最早的解决办法便是使用虚拟机,把OS当成一个程序来运行。
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