保护模式篇——段寄存器

写在前面

  此系列是本人一个字一个字码出来的，包括示例和实验截图。由于系统内核的复杂性，故可能有错误或者不全面的地方，如有错误，欢迎批评指正，本教程将会长期更新。 如有好的建议，欢迎反馈。码字不易，如果本篇文章有帮助你的，如有闲钱，可以打赏支持我的创作。如想转载，请把我的转载信息附在文章后面，并声明我的个人信息和本人博客地址即可，但必须事先通知我。

你如果是从中间插过来看的，请仔细阅读 羽夏看Win系统内核——简述 ，方便学习本教程。

  看此教程之前，问几个问题，基础知识储备好了吗？搭建好环境了吗？没有的话就不要继续了。

 

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🔒 华丽的分割线 🔒

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什么是段寄存器

  当我们用汇编读写某一个地址时，比如用下面的代码：

mov dword ptr ds:[0x123456], eax

  其实我们真正读写的地址是:ds.base + 0x123456。并不是0x123456，不过正好的是ds段寄存器的基址是0而已。

一些段寄存器

  段寄存器有这几个：ES、CS、SS、DS、FS、GS、LDTR、TR，它们各有自己特殊的用途。

段寄存器的结构

  段寄存器的结构可用下图表示：

  段寄存器具有96位，但我们可见的只有16位。我们可以用OD随意加载一个程序，如下图所示：

段寄存器的读写

  既然是寄存器了，那就可以进行读写操作，如下将介绍读写段寄存器的操作：

• Mov指令：MOV AX,ES，但只能读16位的可见部分；MOV DS,AX写段寄存器，写的是96位。
• 读写LDTR的指令为：SLDT/LLDT
• 读写TR的指令为：STR/LTR

段寄存器属性探测

  我介绍过段寄存器有96位，但我们只能看见16位，那如果证明Attribute、Base、Limit的存在呢？我们将在下面进行初步探测。

段寄存器成员简介

  既然讨论段寄存器属性，首先要知道它们存着啥，下面表格的内容是我从虚拟机里查询到的值，可能和我的不一样，但无所谓。它们的属性我已查询并把它们的权限写到表格中，之所以为什么我之后将会介绍。

Windows操作系统并不会使用GS寄存器，故用-表示。

段寄存器	Selector	Attribute	Base	Limit
ES	0023	可读、可写	0	0xFFFFFFFF
CS	001B	可读、可执行	0	0xFFFFFFFF
SS	0023	可读、可写	0	0xFFFFFFFF
DS	0023	可读、可写	0	0xFFFFFFFF
FS	003B	可读、可写	0x7FFDE000	0xFFF
GS	-	-	-	-

探测Attribute

  如果你没有使用Visual C++6.0的话，我先将如何建立工程并写代码简单介绍一下，但只介绍一遍。打开Visual C++6.0，通过File->New打开新建项目，选择Win32 Console Application，输入你的Project name，如下图所示：

  选中带有 Hello World 的工程，这样基本上IDE就帮我们建好要做实验的工程了。

  然后IDE会展示帮我们新建的内容信息，如下图所示，直接点确定即可，工程新建完毕。

  按照下图指示打开源代码文件，删掉用不到的printf("Hello World!\n");。就能开始做实验了。

  怎么建工程我已详细说明，那就正式进入正题，我们将用以下代码进行验证Attribute：

#include "stdafx.h"

int a=0;
int main(int argc, char* argv[])
{
    _asm
    {
        mov ax,cs;
        mov dword ptr ds:[a],10;
        mov ds,ax;
        mov dword ptr ds:[a],20;
    }
    return 0;
}

  然后在main函数的第一句代码下断点，然后单步运行，运行过第一句给变量a赋值的汇编代码时，成功通过，如下图所示：

  运行到第二个给变量a赋值的汇编代码时，弹出一个错误信息框，如下图所示

  翻译过来就是地址访问冲突，这是什么原因呢？这就是由于cs段寄存器是可读的，而不是可写的。原来的ds是可读可写的，但将cs通过ax赋值给ds时候，ds不再是原来的ds，而是cs，故会引发此错误。

探测Base

  老生常谈程序的零地址无法访问。但零地址一定是无法访问吗？我们将用以下代码进行验证Base：

#include "stdafx.h"

int a=0;
int main(int argc, char* argv[])
{
    _asm
    {
        mov ax,fs;
        mov es,ax;
        mov eax,es:[0];        //不要用DS，否则编译不过去
        mov dword ptr ds:[a],eax;
    }
    return 0;
}

  编译运行通过，变量a被正常赋值，如下图所示：

探测Limit

  我们将用以下代码进行验证Limit：

#include "stdafx.h"

int a=0;
int main(int argc, char* argv[])
{
    _asm
    {
        mov eax,fs:[0x1000];
        mov dword ptr ds:[a],eax;
    }
    return 0;
}

  执行第一句汇编就发生内存访问冲突错误，就是因为0x1000超出了它的Limit的值0xFFF，如下图所示：

踩坑问题

  里面有一些坑我还没让你踩，你踩一踩看看。请你思考出答案或者百思不得其解的时候再来看答案。

1. 在验证属性的时候，用下面的代码，结果运行mov dword ptr ds:[a],10正常通过，放开程序跑后内存访问冲突。

#include "stdafx.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
    int a=0;
    _asm
    {
        mov ax,cs;
        mov ds,ax;
        mov dword ptr ds:[a],10;
    }
    return 0;
}

🎉 踩坑解决方案 🎉

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  为什么会出现这个问题呢？我明明代码很正常但就不行呢，难道只是因为局部变量的问题呢。但全局变量和局部变量在内存上根本没有区别。全局变量只是一个死地址，局部变量是该变量所在函数临时的地址，但访问上根本没有区别。我们看一看编译器到底把咱们的内联汇编到底翻译成了什么？为什么会出现这个问题呢？我明明代码很正常但就不行呢，难道只是因为局部变量的问题呢。但全局变量和局部变量在内存上根本没有区别。全局变量只是一个死地址，局部变量是该变量所在函数临时的地址，但访问上根本没有区别。我们看一看编译器到底把咱们的内联汇编到底翻译成了什么？

  前面的内敛汇编编译器给我一五一十的直接翻译了，但这个mov dword ptr ds:[a],10;内联汇编给我翻译成了啥，过分了！结果压根没有用ds的权限来访问，而是默认的ss来访问，这和预期结果一样才怪。

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2.在探测Base属性的时候，使用gs作为试验寄存器，单步执行到mov eax,gs:[0]，出现内存访问冲突错误。

#include "stdafx.h"

int a=0;
int main(int argc, char* argv[])
{
    _asm
    {
        mov ax,fs;
        mov gs,ax;
        mov eax,gs:[0];
        mov dword ptr ds:[a],eax;
    }
    return 0;
}

🎉 踩坑解决方案 🎉

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  是因为每次单步调试，就会触发单步调试异常，进入内核，内核会把gs清零了，故导致实验无法成功。

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