修改段寄存器時的保護
GDT的基位址和界限,都在寄存器 GDTR 中。描述符在記憶體中的位址,是用索引号乘以 8,再和描述符表的線性基位址相加得到的,而這個位址必須在描述符表的位址範圍内。換句話說,索引号乘以 8 得到的數值,必須位于描述符表的邊界範圍之内。換句話說,處理器從 GDT 中取某個描述符時,就要求描述符的 8 個位元組都在 GDT 邊界之内,也就是索引号×8+7 小于等于邊界。

除了按進行段的類别檢查外,還要檢查描述符中的 P 位。如果 P=0,表明雖然描述符已被定義,但該段實際上并不存在于實體記憶體中。此時,處理器中止處理,引發異常中斷 11。一般來說,應當定義一個中斷處理程式,把該描述符所對應的段從硬碟等外部存儲器調入記憶體,然後置 P 位。中斷傳回時,處理器将再次嘗試剛才的操作。
位址變換時的保護
所謂位址變換的保護,其實就是對于偏移位址的限制,保護模式下,偏移位址不允許超過段界限。
段界限的計算方式:
- G=0:則實際段界限就是描述符記載的段界限
- G=1,:實際段界限是描述符的界限值*0x1000+0xFFF
對于代碼段,因為代碼段是向上拓展的,是以偏移位址隻能是從0到段界限值,也就是:
- 0<=(EIP+指令長度-1)<=實際使用的段界限
上面這個限制對于向上拓展的資料段也是适用的,在向上拓展的代碼段中:
- 0<=(EA+指令長度-1)<=實際使用的段界限
對于向下拓展的資料段,特别是棧段,實際使用的段内偏移位址不允許通路最低的段界限,而對于最高端位址沒有限制,最大可以是0xFFFFFFFF(32位保護模式下),也就是:
- 實際使用的段界限+1<=(ESP的内容 - 操作數的長度)<=0xFFFFFFFF
對于向下拓展的資料段,假設段的描述符高速緩存器裡的線性基位址位0x00007c00,段的界限為0Xffffe,粒度為4KB,則實際的有效實體位址範圍是
- 0x00007c00+0Xfffff000~0x00007c00+0xffffffff
- 即0x00006c00~0x00007bff(回繞回來了)
有時候資料在代碼段上,但是代碼段是不可以讀的,也不可以寫,如果想對代碼段做一些修改(比如調試程式加入斷點int3),那隻能是通過另外找一個資料段指向這個段來了(一般不推薦這麼做,因為一般來說資料段和代碼段要分開,不然會出現不可預料的錯誤。)當然别名技術并非僅僅可以用于讀寫代碼段,如果兩個程式想共享一個記憶體區域,可以為每個程式都建立一個描述符,使他們都指向同一個記憶體段
代碼清單
;代碼清單12-1
;檔案名:c12_mbr.asm
;檔案說明:硬碟主引導扇區代碼
;設定堆棧段和棧指針
mov eax,cs
mov ss,eax
mov sp,0x7c00
;計算GDT所在的邏輯段位址
mov eax,[cs:pgdt+0x7c00+0x02] ;GDT的32位線性基位址
xor edx,edx
mov ebx,16
div ebx ;分解成16位邏輯位址
mov ds,eax ;令DS指向該段以進行操作
mov ebx,edx ;段内起始偏移位址
;建立0#描述符,它是空描述符,這是處理器的要求
mov dword [ebx+0x00],0x00000000
mov dword [ebx+0x04],0x00000000
;建立1#描述符,這是一個資料段,對應0~4GB的線性位址空間
mov dword [ebx+0x08],0x0000ffff ;基位址為0,段界限為0xfffff
mov dword [ebx+0x0c],0x00cf9200 ;粒度為4KB,存儲器段描述符
;建立保護模式下初始代碼段描述符
mov dword [ebx+0x10],0x7c0001ff ;基位址為0x00007c00,512位元組
mov dword [ebx+0x14],0x00409800 ;粒度為1個位元組,代碼段描述符
;建立以上代碼段的别名描述符
mov dword [ebx+0x18],0x7c0001ff ;基位址為0x00007c00,512位元組
mov dword [ebx+0x1c],0x00409200 ;粒度為1個位元組,資料段描述符
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 ;南橋晶片内的端口
or al,0000_0010B
out 0x92,al ;打開A20
cli ;中斷機制尚未工作
mov eax,cr0
or eax,1
mov cr0,eax ;設定PE位
;以下進入保護模式... ...
jmp dword 0x0010:flush ;16位的描述符選擇子:32位偏移
[bits 32]
flush:
mov eax,0x0018
mov ds,eax
mov eax,0x0008 ;加載資料段(0..4GB)選擇子
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 ;字元'P'、'.'及其顯示屬性
mov dword [es:0x0b8004],0x072e074d ;字元'M'、'.'及其顯示屬性
mov dword [es:0x0b8008],0x07200720 ;兩個空白字元及其顯示屬性
mov dword [es:0x0b800c],0x076b076f ;字元'o'、'k'及其顯示屬性
;開始冒泡排序
mov ecx,pgdt-string-1 ;周遊次數=串長度-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: ;是後面的32位
mov ax,[string+bx]
cmp ah,al ;ah中存放的是源字的高位元組
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 ;偏移位址是32位的情況
@@4: ;32位的偏移具有更大的靈活性
mov ah,0x07
mov al,[string+ebx]
mov [es:0xb80a0+ebx*2],ax ;示範0~4GB尋址。
inc ebx
loop @@4
hlt
;-------------------------------------------------------------------------------
string db 's0ke4or92xap3fv8giuzjcy5l1m7hd6bnqtw.'
;-------------------------------------------------------------------------------
pgdt dw 0
dd 0x00007e00 ;GDT的實體位址
;-------------------------------------------------------------------------------
times 510-($-$$) db 0
db 0x55,0xaa