保护模式（二）| 段权限检查与代码跨段跳转

# 前言

上一篇我们学习了段寄存器和 GDT 的基本结构。本篇将深入探讨段权限检查机制以及代码跨段跳转的原理。

# 段权限检查

# CPU 分级

平时我们称应用程序为 "3 环"，系统程序为 "0 环"—— 这里所说的 "环" 与 CPU 有关，与操作系统无关。

# 进程特权级别

# CPL（Current Privilege Level，当前特权级）

描述：段寄存器 CS 的最低两个比特位称为当前特权级，表示当前任务（或正在执行的代码）所处的特权级别。

注意：段选择子 SS 和 CS 的最低两个比特位始终相同。

例：当 CS = 0x001B 时：

0x001B = 0b0000000000011011
最低两位 = 0b11 = 3
因此：当前进程处于 3 环

# RPL（Requested Privilege Level，请求特权级）

描述：RPL 存储在段选择子中。它是一个请求的特权级，表示当程序访问一个特定段时，希望使用的特权级。

要点：

RPL 是段选择子结构中的一部分
RPL 是针对段选择子而言的，每个段的选择子都有自己的 RPL
RPL 表示用什么权限去访问一个段

例：以下两段代码指向同一个段描述符，但 RPL 不同。

1 2	MOV AX, 0008 ; 0000000000001 0 00（RPL = 0） MOV DS, AX

1 2	MOV AX, 000B ; 0000000000001 0 11（RPL = 3） MOV DS, AX

# DPL（Descriptor Privilege Level，描述符特权级）

描述：DPL 是由操作系统或程序员设置的，表示段本身的特权级别。DPL 的值越小，段的特权级越高，访问要求越严格。

例 1：内核代码段的 DPL = 0

假设有一个内核代码段，其段描述符中的 DPL 设置为 0，这意味着该段只能被特权级为 0 的代码访问（即只能被内核代码访问）。

segment_code_descriptor:
    base:  0x00000000
    limit: 0xFFFFF
    type:  0xA (代码段)
    DPL:   0   ; 内核级，只有内核代码可以访问

如果 CPL 为 0，则可以访问该段；如果 CPL 为 3（用户模式），则无法访问，系统会触发保护异常（#GP 错误）。

例 2：用户数据段的 DPL = 3

假设有一个用户数据段，其段描述符中的 DPL 设置为 3，表示任何特权级的代码都可以访问该段。

segment_data_descriptor:
    base:  0x10000000
    limit: 0xFFFFF
    type:  0x2 (数据段)
    DPL:   3   ; 用户模式

由于 DPL = 3，无论 CPL 为 0 还是 3，均可以访问该段（因为 CPL ≤ DPL 的条件始终满足）。

# 代码段与数据段权限检查

数据段的权限检查遵循以下规则：

max(CPL, RPL) ≤ DPL：允许访问

即 CPL 和 RPL 都必须小于等于 DPL，访问才被允许。

思考：既然已经有 CPL（当前特权级）了，为什么还需要 RPL（请求特权级）？

答案：我们本可以用 " 读写 "的权限去打开一个文件，但为了避免出错，有些时候我们会使用" 只读 " 的权限去打开。RPL 的作用就是允许高特权级代码主动降低自己的访问权限。

# 系统段权限检查

系统段描述符（如 TSS 或 LDT）的权限检查更为严格，通常只有更高特权级（如内核模式）的任务才能访问，以保护内核资源。

# 代码跨段跳转

# 段间跳转

描述：段间跳转（Inter-segment Jump）指的是在程序执行过程中，通过改变 CS 和 EIP 来从一个代码段跳转到另一个代码段的过程。

段间跳转分为两种情况：

目标段是一致代码段
目标段是非一致代码段

只改变 EIP 的指令：

JMP
CALL
JCC
RET

能够同时修改 CS 与 EIP 的指令：

JMP FAR
CALL FAR
RETF
INT
IRETD

# 执行流程

以 JMP 0x20:0x0004183D 为例：

1) 段选择子拆分

segment_selector: 0x20
    binary: 0000000000100 0 00
    RPL:   00    ; 请求特权级为 0
    TI:    0     ; 查 GDT 表
    Index: 4     ; 段描述符索引为 4

2) 查表得到段描述符

四种情况可以跳转：

代码段
调用门
TSS 任务段
任务门

3) 权限检查

一致代码段：要求 CPL ≥ DPL （数值上）
非一致代码段：要求 CPL == DPL 并且 RPL ≤ DPL

4) 加载段描述符

通过权限检查后，CPU 会将段描述符加载到 CS 段寄存器中。

5) 代码执行

CPU 将 CS.Base + Offset 的值写入 EIP，然后执行 CS:EIP 处的代码，段间跳转到此结束。

# 总结

一致代码段（共享段）
1. 特权级高的程序不允许访问特权级低的代码：核心态不允许跳转到用户态的一致代码段
2. 特权级低的程序可以访问特权级高的代码，但特权级不会改变：用户态还是用户态
非一致代码段（普通代码段）
1. 只允许同级访问
2. 绝对禁止不同级别的访问：核心态不是用户态，用户态也不是核心态