80x86的保護(hù)
1段級保護(hù)
包括以下幾種方式 ：
1.1 段界限檢查
段描述符中的段限長字段用于防止程序或過程尋址到段外內(nèi)存位置。段限長的有效值依賴于顆粒度G標(biāo)志的設(shè)置狀態(tài)。
1.2 段類型TYPE檢查
1.3特權(quán)級檢查
段保護(hù)機(jī)制提供了四種特權(quán)級，0級到3級。
特權(quán)級有以下三種：
1.3.1 當(dāng)前特權(quán)級 CPL CPL是當(dāng)
前正在執(zhí)行程序或任務(wù)的特權(quán)級。它存
放在CS活著SS段寄存器中位0和位1中。 通常CPL等于當(dāng)前代碼段的特權(quán)級。當(dāng)程序把控制轉(zhuǎn)移到
另一個具有不同特權(quán)級的代碼段中時，處理器就會改變CPL。
當(dāng)訪問一個一致代碼段的時候，處理器對CPL的設(shè)置有所不同，特權(quán)級高于或等于一致代碼段DPL的任何段都可以訪問一致代碼段，并且當(dāng)處理器訪問一個
特權(quán)級不同于CPL的一致代碼段時，CPL不會修改成一致代碼段的DPL 。
1.3.2 描述符特權(quán)級 DPL
DPL是一個段或者門的特權(quán)級，它
存放在段或門的DPL字段中。當(dāng)執(zhí)行代碼段試圖訪問一個段或者門的時候，段或者門DPL就會于
CPL以及短或者門選擇符中的RPL相比較。 根據(jù)被訪問的段或者門的類型不同，DPL也有不同的含義。
(1) 數(shù)據(jù)段
其DPL指出允許訪問本程序段的程序或任務(wù)應(yīng)具有的最大特權(quán)級數(shù)值。例如，如果數(shù)據(jù)段的特權(quán)級DPL是1，那么只有運行在CPL為0或者1的
程序，才可以訪問這個段。
(2) 非一致代碼段
其DPL指出程序或者任務(wù)訪問該段必須具有的特權(quán)級。 例如如果某個非一致代碼段的DPL為0 ，那么就只有運行在CPL為0 的程序能夠訪問這個段。
(3) 調(diào)用門
與數(shù)據(jù)段的訪問規(guī)則相同。
(4) 一致和非一致代碼段(通過調(diào)用門訪問)
DPL指示允許代碼段的程序或者任務(wù)應(yīng)該具有的最小特權(quán)級數(shù)值。如果一致代碼段的DPL是2，那么CPL為0的程序段就不能訪問。
(5) 任務(wù)狀態(tài)段 TSS
其DPL指出訪問TSS的當(dāng)前執(zhí)行程序或任務(wù)可處于的最大特權(quán)級。與數(shù)據(jù)段訪問規(guī)則相同。
1.3.3 請求特權(quán)級 RPL
RPL是一種賦予段選擇符的超越特權(quán)級，它存放在選擇符的位0或者位1中。處理器會同時檢查RPL或者CPL 。以確定是否允許訪問一個段。
始終取RPL或者CPL之間數(shù)值最大的特權(quán)級作為訪問段時的最大比較對象。
2 訪問數(shù)據(jù)段時的特權(quán)級檢查
為了訪問數(shù)據(jù)段中的操作數(shù)，數(shù)據(jù)段中的段選擇符，必須加載進(jìn)數(shù)據(jù)段寄存器中或者堆棧段寄存器中。在把一個段選擇符加載進(jìn)段寄存器中之前，
處理器就會進(jìn)行特權(quán)級檢查。
它會把當(dāng)前的段描述符的DPL與 當(dāng)前段選擇符的RPL 和任務(wù)的CPL 進(jìn)行比較，只有DPL大于或者等于 CPL或者RPL 時，CPU才會把選擇符加載進(jìn)段寄存器。
3 代碼段之間的轉(zhuǎn)移控制時的特權(quán)級檢查
當(dāng)程序的控制權(quán)從一個代碼段移到另一個代碼段中時，目標(biāo)代碼段的段選擇符必須加載進(jìn)代碼段寄存器，作為這個加載過程的一部分，處理器會檢測目標(biāo)代碼段的段描述符，并執(zhí)行各種安全的檢測。如果這些檢查都通過了，那么CPU就會把目標(biāo)代碼段的選擇符加載進(jìn)段寄存器，于是程序的控制權(quán)就被轉(zhuǎn)移到新的代碼段中。
JMP CALL 指令可以利用以下四種方法來引用另外一個代碼段：
(1) 目標(biāo)操作數(shù)含有目標(biāo)代碼段的段選擇符。
(2)目標(biāo)操作數(shù)指向一個調(diào)用門描述符，該描述符含有目標(biāo)代碼段的選擇符。
(3) 目標(biāo)操作數(shù)指向一個TSS ，而該TSS中含有目標(biāo)代碼段的選擇符 。
(4) 目標(biāo)操作數(shù)指向一個任務(wù)門，該任務(wù)指向一個TSS ，該TSS中含有目標(biāo)代碼段的選擇符。
3.1 當(dāng)不通過門調(diào)用把程序控制權(quán)轉(zhuǎn)移到另一個代碼段時，程序會進(jìn)行以下四種特權(quán)級和類型信息。
目的代碼段中的一致性標(biāo)志C， 它確定了一個代碼段是非一致代碼段還是一致代碼段。
當(dāng)C==0 ，即為非一致代碼段，則調(diào)用者的CPL必須等于目的代碼段的DPL ，RPL 則作用不大。RPL在數(shù)值上必須小于或者等于調(diào)用者的CPL才能使它的
控制轉(zhuǎn)移成功。 當(dāng)非一致代碼的段選擇符被加載進(jìn)CS寄存器中時，特權(quán)級字段并不會改變，它仍然是調(diào)用者的CPL ，即使段選擇符的RPL與CPL不同，但是
仍然是正確的。
當(dāng)C == 1 時，即訪問一致代碼段的時候，CPL必須在數(shù)值上大于或者等于目的代碼段的DPL，CPU忽略對RPL的檢查。對于一致代碼段，DPL表示調(diào)用者對代碼段進(jìn)行成功調(diào)用可以處于的最低數(shù)值特權(quán)級。
大多數(shù)代碼段都是非一致代碼段，這樣代碼段只能轉(zhuǎn)移到相同特權(quán)級的代碼段上，除非轉(zhuǎn)移是通過一個調(diào)用門來進(jìn)行的。
4 門描述符
為了對不同特權(quán)級的代碼段進(jìn)行受控的訪問，處理器提供了稱為門描述符的特殊描述符集。
有以下四種門描述符：
(1) 調(diào)用門 TYPE = 12
(2) 陷阱門 TYPE = 15
(3) 中斷門 TYPE = 14
(4) 任務(wù)門 TYPE = 5 。
當(dāng)CPU訪問調(diào)用門時，它會使用調(diào)用門的段選擇符來定位目的代碼段的段描述符，然后CPU會把代碼段描述符的基地址與調(diào)用門中的偏移值進(jìn)行組合。
形成代碼段中指定程序的入口點的線性地址。
通過調(diào)用門進(jìn)行程序控制轉(zhuǎn)移的時候，CPU會對4種不同的特權(quán)級進(jìn)行檢查。
(1)當(dāng)前特權(quán)級CPL 。
(2) 調(diào)用門描述符的請求特權(quán)級RPL 。
(3) 調(diào)用門描述符特權(quán)級DPL 。
(4) 目的代碼段描述符中的DPL。
(5)目的代碼段描述符的DPL 。
5 棧的切換
每當(dāng)調(diào)用門用于把程序控制轉(zhuǎn)移到一個更高級別的非一致代碼段時，CPU會自動切換到目的代碼段特權(quán)級的堆棧去。
執(zhí)行堆棧切換的目的是為了，防止高級特權(quán)程序由于堆棧空間不足而引起的崩潰。 同時也為了防止低特權(quán)級程序，通過共享堆棧
而干擾高特權(quán)級程序。
每個任務(wù)最多定義4個堆棧，一個運行在特權(quán)級3的應(yīng)用程序代碼，其他分別運行在特權(quán)級0，1，2上。
5.1堆棧的具體切換
當(dāng)特權(quán)級3的程序在執(zhí)行時，特權(quán)級3的堆棧的段選擇符和棧指針會被存放在SS和ESP中，并且在發(fā)生堆棧切換時保存在被調(diào)用過程的堆棧上。
而特權(quán)級0、1和2 的堆棧的初始指針都存放在當(dāng)前運行任務(wù)的TSS段中，TSS段中這些指針都是只讀值。當(dāng)調(diào)用更高特權(quán)級的時候，CPU才會
使用它們建立新的堆棧。 當(dāng)從調(diào)用過程返回時，相應(yīng)的棧就不存在了，下一次調(diào)用該過程的時候，就會再次使用TSS中的初始指針建立一個
新棧。
OS需要負(fù)責(zé)為所有用到的特權(quán)級建立堆棧和堆棧段描述符，并且在任務(wù)的TSS中設(shè)置初始指針值。
當(dāng)通過一個過程調(diào)用其他過程時而造成的特權(quán)級改變的時候，CPU會執(zhí)行以下步驟進(jìn)行切換操作，并開始在新的特權(quán)級上執(zhí)行調(diào)用過程。
(1) 使用目的代碼段的DPL從TSS中選擇新棧的指針，從當(dāng)前的TSS中讀取新棧的段選擇符和棧指針。
(2) 檢查棧段描述符特權(quán)級和類型是否有效 ，若無效則產(chǎn)生一個無效的TSS 。
(3) 臨時保存SS和ESP寄存器的當(dāng)前值，把新棧的段選擇符和棧指針加載到SS中和ESP中。然后把臨時保存的SS和ESP壓入到新棧中。
(4) 把調(diào)用門中描述符中指定參數(shù)個數(shù)的參數(shù)從調(diào)用過程棧復(fù)制到新棧中。
(5) 把返回指令指針壓入(即當(dāng)前CS和EIP內(nèi)容) 壓入新棧。把新代碼段選擇符加載到CS中，同時把調(diào)用門中偏移值加載到EIP中。最后開始執(zhí)行
被調(diào)用的過程。
5.2 從被調(diào)用過程返回
指令RET用于執(zhí)行近返回、同特權(quán)級遠(yuǎn)返回、不同特權(quán)級遠(yuǎn)返回。
當(dāng)執(zhí)行遠(yuǎn)返回到一個調(diào)用過程時，CPU會執(zhí)行以下步驟：
(1) 檢查保存的CS寄存器中RPL字段，以確定在返回時特權(quán)級是否需要改變。
(2) 彈出并使用被調(diào)用過程堆棧上的值加載CS和EIP寄存器
6 頁級保護(hù)
頁目錄和頁表項中的讀寫標(biāo)志R/W和用戶/超級用戶標(biāo)志U/S提供了分段機(jī)制保護(hù)屬性的一個子集。
超級用戶級為 特權(quán)級 0 ， 1 ， 2 。
普通用戶級為 特權(quán)級 3 。
6.1 頁轉(zhuǎn)換高速緩沖 TLB
為了避免每次內(nèi)存訪問都要訪問駐留在內(nèi)存中的頁表，最近使用到的線性地址到物理地址的轉(zhuǎn)換信息被保存在處理器內(nèi)的
頁轉(zhuǎn)換高速緩沖中。只有當(dāng)前需要的轉(zhuǎn)換信息不在高速緩存時，才會訪問內(nèi)存中的頁表。
6.2 組合頁級別和段級保護(hù)
當(dāng)啟用了分頁機(jī)制，CPU會首先執(zhí)行段級保護(hù)，然后再處頁級保護(hù)。