該筆記是《x86 匯編語言：從實模式到保護模式》的「第 14 章 任務和特權級保護」的學習筆記。

程序，Program，是記錄在載體上的指令與數據。

任務，Task，是正在執行的程序副本。

LDT - Local Descriptor Table

為了實現任務的隔離，處理器建議每個任務都應該具有自己的描述符表，局部描述符表（LDT，Local Descriptor Table），并將屬于任務自己的段保存到 LDT 中。

與 GDT 不同，LDT 的零號槽位可是可用的。

LDTR - LDT Register

LDT 具有多個，為了追蹤，處理器使用 LDTR（LDT Register）來追蹤和訪問 LDT，LDTR 的結構與 GDTR 相同，包含 32-bit 線性基地址 以及 16-bit 段界限 字段。

正在執行的任務為當前任務（Current Task），LDTR 只有一個，它指向當前正在運行的任務。任務發生切換時，會更新 LDTR 的內容，以指向新任務。

TSS - Task Status Segment

當任務發生切換時，需要保存當前任務的狀態（比如各種寄存器），否則下次切換回該任務時無法繼續執行。保存任務狀態的段，本質上還是內存段，被成為任務狀態段（TSS，Task Status Segment）。

該段格式固定，最小 104 字節，處理器固件能夠識別 TSS 的每個元素。在任務切換時，處理器會讀取其中的信息。

TR - Task Register

任務寄存器，TR，Task Register，用于指向當前任務的 TSS。當任務發生切換時，TR 也會指向新任務的 TSS。

切換過程（簡述）：處理器將當前任務狀態保存到 TR 執行的 TSS 中，然后使 TR 指向新任務的 TSS，并從新的 TSS 中恢復任務狀態

特權級別，Privilege Level

特權級別，Privilege Level，是存在于 Descriptor 及 Segment Selector 中一個數值，當這些 Descriptor 或 Segment Selector 要進行某些操作，或者被別的對象訪問時，該數值用于控制它們能夠進行的操作或者限制它們的可訪問性。

Intel Processor 具有 4 個特特權級別（0-3）

描述符特權級（DPL，Descriptor Privilege Level）

每個 Descriptor 都具有描述符特權級（DPL，Descriptor Privilege Level）字段。Descriptor 總是指向它所“描述”的目標對象，代表帶對象，因此該字段（DPL）實際上是目標對象的特權級。

當前特權級（CPL，Current Privilege Level）

當處理器正在某個代碼段中取指令執行時，該代碼段的特權級叫做當前特權級（CPL，Current Privilege Level），這就是在段寄存器 CS 中 Segment Selector 的最低兩位。

特權指令（Privileged Instructions）

某些指令只有 CPL == 0 時才能執行，這些指令稱之為特權指令，比如 hlt 或者 對控制寄存器 CR0 的寫操作。

輸出特權級（I/O Privilege Level）

除此之外，還有輸入輸出特權級（I/O Privilege Level），使用 EFLAGS 的 IOPL（13-14）位進行控制。

控制轉移的方法

代碼段的特權級檢查是很嚴格的，一般來說，控制轉移只允許發生在兩個特權級相同的代碼段間。比如 CPL == 2 可以轉移到 DPL == 2 的代碼段，但是不能轉移到 DPL == 0/1/3 的代碼段。

但是為了使特權級低的程序調用特權級高的操作系統例程，處理器提供相應的解決方法：

方法一、將高特權級的代碼段定義為依從的

對于高特權級的代碼段，將其 TYPE 字段的 C 位設置為 1（即依從的代碼段），這樣特權級低的程序則可以調用進入高特權級的代碼段

但是，特權級的檢查依舊非常嚴格：必須保證 CPL 低于 DPL，即數值上 CPL >= DPL （值越大，特權級越低，所以是 >= 符號，沒有寫錯）。比如說 DPL == 1 則只有 CPL == 1/2/3 可以調用。

另外，特權級不會發生變化，即：對于定義為依從的高特權級的代碼段，當從特權級低的程序調用進入后，當前特權級依舊是特權級低的程序的特權級，而不使用高特權級代碼段的特權級。比如從 CPL == 3 進入 DPL == 1 代碼段，依舊 CPL == 3 而不是 CPL == 1，這也是被稱為“依從”的原因。

方法二、使用調用門（Call Gate）

# 門，Gate，也是種描述符，有調用門，陷阱門/中斷門，任務們。這里學習的是調用門（Call Gate）

調用門也是 64-bit 的 Descriptor，在 Call Gate Descriptor 中，描述了目標例程的（1）代碼段選擇子（2）以及段內偏移。

調用 Call Gate 指向的函數，只需要使用調用門選擇子作為 CALL FAR / JMP FAR 的操作數。

使用 JMP FAR 不改變特權級，依舊使用 CPL 運行。使用 CALL FAR 將改變特權級（CPL = DPL）。另外，除了從高特權級例程中返回，不允許從高特權級例程進入低特權級歷程。

相關文章

「Intel 80x86」- 寄存器（學習筆記）

參考文獻

閱讀《x86 匯編語言：從實模式到保護模式》的「第 14 章 任務和特權級保護」

總結

以上是生活随笔為你收集整理的「x86」- 特权级（Privilege Level）学习笔记 @20210215的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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