i386asm学习笔记

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0x01 段式寻址

段式寻址涉及到以下数据结构：选择子、描述符表、段描述符、伪描述符。处了段寄存器外，还涉及到GDTR、LDTR。
描述符表是一个线性表，元素为段描述符。段描述符中保存有段的基址、范围和属性。而选择子分为两部分：描述符索引和属性。属性中有一位决定使用GDT还是LDT。
下面简单描述一下段式寻址的过程，在此不涉及各种权限和属性的检查：
1. 通过选择子属性中的TI位决定使用GDT还是LDT。
2. 决定后，从GDTR/LDTR寄存器中获取描述符表的基址和大小。
3. 根据选择子中的索引值，获取对应的段描述符。
4. 根据段描述符，获得段基址、长度和属性。
5. 段基址与偏移量相加，获得线性地址。

GDTR与LDTR的区别是：前者使用伪描述符，没有属性。后者使用段描述符，寄存器中只保存选择子。任务切换时LDT可能会改变。

涉及到的指令：
LGDT SRC 把存储器内的内容装入GDTR寄存器。

0x02 实模式、保护模式切换

实模式和保护模式的区别：CR0寄存器的0位，置1时为保护模式，置0时为实模式。
但是因为实模式和保护模式下寻址方式的区别，进入保护模式前需要初始化一些数据结构，具体包括：段描述符、GDT。之后将GDT的伪描述符装入GDTR。便可进入保护模式。

打开A20地址线是为了能访问4G地址空间。没打开时只有部分地址线有效。

0x03 特权级改变

特权级共有四个：R0~R3。R0特权级最大，R3最小。进行权限控制时涉及三个特权级：CPL，RPL和DPL。

• CPL:当前特权级。CS的RPL字段为CPL。因为SS的RPL字段要求必须与CS一致，所以SS的RPL也可认为是CPL。
• RPL:使用的特权级。当执行mov ds, ax这样的指令时，会将ax内的值当做选择子装入DS段寄存器。RPL即该选择子的RPL。
• DPL:访问目标特权级。通过上面的选择子中的索引可以定位一个段描述符，其中有该段的特权级DPL。

特权级检查发生在将段的信息载入段寄存器高速缓冲区之前。
对于段描述符为门的情况，特权级检查发生在通过门进行转移之前。

特权级比较规则

需要比较的特权级共三个CPL、RPL和DPL。
CPL和RPL的关系可以类比Windows的UAC。CPL为当前的特权级，RPL为使用的特权级。当RPL较低时，则只使用部分权限；CPL较低时，表示使用了未被授予的权限，所以实际上只能使用CPL级别的特权级。在于DPL比较时，一般取特权级较低的用于比较。
在此用PL抽象表示CPL和RPL。

通过数值的大小关系，可以很自然地将PL和DPL的关系分为以下三种。
1. PL >= DPL
2. PL == DPL
3. PL <= DPL

第三种PL<=DPL为数据段规则。大部分段寄存器（ds、es、gs、fs）使用此规则，此时DPL为最低特权级。对于门的访问（中断门、陷阱门、调用门）也使用这种规则。
第二种PL==DPL为非一致代码段规则，当利用jmp call指令进行流程转移时，若目标代码段为非一致代码段，则需要CPL==DPL RPL<=DPL。
第一种PL>=DPL为一致代码段规则。此时DPL为最高特权级。
流程转移即装载cs段寄存器。ss段寄存器装载时要求CPL==DPL RPL==DPL。

使用门进行流程转移时，对CPL和RPL会进行调整。
调用门：使用CALL访问调用门时，将RPL置0。若CPL>DPL，则将DPL赋给CPL。
中断/陷阱门：进行流程转移时，将RPL置0。若CPL>DPL，则将DPL赋给CPL。
以上“赋值”指在比较特权级时临时改变。成功转移后需要将CS,EIP压栈，此时压栈的是原始值。新装入CS的是目标代码段的选择子。选择子的RPL被忽略，用当前特权级代替。

最后，流程转移除了使用call jmp int外，还可使用ret iret。返回指令只能从内层返回至外层。若选择子特权级低于当前特权级，则进行堆栈切换。使用的ESP,SS保存在栈中。

补充：
从外层进入内层时涉及堆栈切换，此时需要提前设置TS。
在此并未涉及关于任务切换的内容。

0x04 中断

中断使用主要涉及：
1. 中断描述符表的设置
2. 8259A中断控制器的设置

通过对8259A中断控制器进行设置，能够更改中断号，屏蔽中断。此处不详述。
中断描述符表类似全局描述符表。但其中只能保存中断门、陷阱门和任务门。

0x05 页式寻址

开启页式寻址后，CR3中的页目录地址及其中的页表地址为物理地址，其他的为线性地址。
是否启用页式寻址通过CR0的最高位设置。

在页式寻址中，将内存以4KB为粒度划分，单位为页。i386可寻址4G，所以最多有4G/4K==1M页。
对于一个线性地址，将其划分为三部分：低12位为页内偏移，高10位和中间10位用于定位页的物理地址。
在CR3中存有页目录的物理地址。页目录大小为1页，页目录项为4B，共有1024个页目录项。页目录项的高20位为对应页表的物理地址，低12位为属性。用线性地址的高10位（10位最大1023）作为索引，找到对应的页目录项，获取页表地址。
页表大小为1页，页表项为4B，同样有1024个页表项。页表项的高20位保存有对应页的物理地址，低12位为属性。利用线性地址的中间10位作为索引，找到对应页的物理地址。
之后将页的物理地址与线性地址的低12位相加，作为物理地址访问内存。

页目录(获取页表物理地址)->页表（获取页物理地址）->与偏移相加->物理地址

0x05 之后还需要了解的。

段访问异常时触发何种异常，如何处理。
特权级检查失败时触发何种异常，如何处理。
页式寻址中涉及到的异常及处理方法。
页目录项页表项的属性。
8259A如何设置。