存储器的保护

修改段寄存器时的保护

  GDT的基地址和界限,都在寄存器 GDTR 中。描述符在内存中的地址,是用索引号乘以 8,再和描述符表的线性基地址相加得到的,而这个地址必须在描述符表的地址范围内。换句话说,索引号乘以 8 得到的数值,必须位于描述符表的边界范围之内。换句话说,处理器从 GDT 中取某个描述符时,就要求描述符的 8 个字节都在 GDT 边界之内,也就是索引号×8+7 小于等于边界。
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  除了按进行段的类别检查外,还要检查描述符中的 P 位。如果 P=0,表明虽然描述符已被定义,但该段实际上并不存在于物理内存中。此时,处理器中止处理,引发异常中断 11。一般来说,应当定义一个中断处理程序,把该描述符所对应的段从硬盘等外部存储器调入内存,然后置 P 位。中断返回时,处理器将再次尝试刚才的操作。
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地址变换时的保护

  所谓地址变换的保护,其实就是对于偏移地址的限制,保护模式下,偏移地址不允许超过段界限。
段界限的计算方式:

  • G=0:则实际段界限就是描述符记载的段界限

  • G=1,:实际段界限是描述符的界限值*0x1000+0xFFF

  对于代码段,因为代码段是向上拓展的,所以偏移地址只能是从0到段界限值,也就是:

  • 0<=(EIP+指令长度-1)<=实际使用的段界限

  上面这个限制对于向上拓展的数据段也是适用的,在向上拓展的代码段中:

  • 0<=(EA+指令长度-1)<=实际使用的段界限

  对于向下拓展的数据段,特别是栈段,实际使用的段内偏移地址不允许访问最低的段界限,而对于最高端地址没有限制,最大可以是0xFFFFFFFF(32位保护模式下),也就是:

  • 实际使用的段界限+1<=(ESP的内容 - 操作数的长度)<=0xFFFFFFFF

  对于向下拓展的数据段,假设段的描述符高速缓存器里的线性基地址位0x00007c00,段的界限为0Xffffe,粒度为4KB,则实际的有效物理地址范围是

  • 0x00007c00+0Xfffff000~0x00007c00+0xffffffff

  • 即0x00006c00~0x00007bff(回绕回来了)

  有时候数据在代码段上,但是代码段是不可以读的,也不可以写,如果想对代码段做一些修改(比如调试程序加入断点int3),那只能是通过另外找一个数据段指向这个段来了(一般不推荐这么做,因为一般来说数据段和代码段要分开,不然会出现不可预料的错误。)当然别名技术并非仅仅可以用于读写代码段,如果两个程序想共享一个内存区域,可以为每个程序都创建一个描述符,使他们都指向同一个内存段

代码清单

         ;代码清单12-1
         ;文件名:c12_mbr.asm
         ;文件说明:硬盘主引导扇区代码 

         ;设置堆栈段和栈指针 
         mov eax,cs      

         mov ss,eax

         mov sp,0x7c00      

         ;计算GDT所在的逻辑段地址

         mov eax,[cs:pgdt+0x7c00+0x02]      ;GDT的32位线性基地址 

         xor edx,edx

         mov ebx,16

         div ebx                            ;分解成16位逻辑地址 

         mov ds,eax                         ;令DS指向该段以进行操作

         mov ebx,edx                        ;段内起始偏移地址 

         ;创建0#描述符,它是空描述符,这是处理器的要求

         mov dword [ebx+0x00],0x00000000

         mov dword [ebx+0x04],0x00000000  

         ;创建1#描述符,这是一个数据段,对应0~4GB的线性地址空间

         mov dword [ebx+0x08],0x0000ffff    ;基地址为0,段界限为0xfffff

         mov dword [ebx+0x0c],0x00cf9200    ;粒度为4KB,存储器段描述符 
         ;创建保护模式下初始代码段描述符

         mov dword [ebx+0x10],0x7c0001ff    ;基地址为0x00007c00,512字节 
         mov dword [ebx+0x14],0x00409800    ;粒度为1个字节,代码段描述符 
         ;创建以上代码段的别名描述符

         mov dword [ebx+0x18],0x7c0001ff    ;基地址为0x00007c00,512字节

         mov dword [ebx+0x1c],0x00409200    ;粒度为1个字节,数据段描述符

         mov dword [ebx+0x20],0x7c00fffe

         mov dword [ebx+0x24],0x00cf9600

         ;初始化描述符表寄存器GDTR

         mov word [cs: pgdt+0x7c00],39      ;描述符表的界限   

         lgdt [cs: pgdt+0x7c00]
         in al,0x92                         ;南桥芯片内的端口 

         or al,0000_0010B

         out 0x92,al                        ;打开A20

         cli                                ;中断机制尚未工作

         mov eax,cr0

         or eax,1

         mov cr0,eax                        ;设置PE位

         ;以下进入保护模式... ...

         jmp dword 0x0010:flush             ;16位的描述符选择子:32位偏移                                             

         [bits 32]                          
  flush:                                     

         mov eax,0x0018                      

         mov ds,eax      

         mov eax,0x0008                     ;加载数据段(0..4GB)选择子

         mov es,eax

         mov fs,eax

         mov gs,eax

         mov eax,0x0020                     ;0000 0000 0010 0000

         mov ss,eax

         xor esp,esp                        ;ESP <- 0      

         mov dword [es:0x0b8000],0x072e0750 ;字符'P'、'.'及其显示属性

         mov dword [es:0x0b8004],0x072e074d ;字符'M'、'.'及其显示属性

         mov dword [es:0x0b8008],0x07200720 ;两个空白字符及其显示属性

         mov dword [es:0x0b800c],0x076b076f ;字符'o'、'k'及其显示属性
         ;开始冒泡排序 
         mov ecx,pgdt-string-1              ;遍历次数=串长度-1 
  @@1:
         push ecx                           ;32位模式下的loop使用ecx 

         xor bx,bx                          ;32位模式下,偏移量可以是16位,也可以 

  @@2:                                      ;是后面的32位 

         mov ax,[string+bx] 

         cmp ah,al                          ;ah中存放的是源字的高字节 

         jge @@3 

         xchg al,ah 

         mov [string+bx],ax 
  @@3:

         inc bx 

         loop @@2 

         pop ecx 

         loop @@1      

         mov ecx,pgdt-string
         xor ebx,ebx                        ;偏移地址是32位的情况 
  @@4:                                      ;32位的偏移具有更大的灵活性

         mov ah,0x07

         mov al,[string+ebx]

         mov [es:0xb80a0+ebx*2],ax          ;演示0~4GB寻址。

         inc ebx

         loop @@4
         hlt 
;-------------------------------------------------------------------------------
     string           db 's0ke4or92xap3fv8giuzjcy5l1m7hd6bnqtw.'
;-------------------------------------------------------------------------------
     pgdt             dw 0
                      dd 0x00007e00      ;GDT的物理地址
;-------------------------------------------------------------------------------                             
     times 510-($-$$) db 0

                      db 0x55,0xaa

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