Какой уровень привилегий в защищенном режиме предназначен для выполнения кода ядра ос

Обновлено: 02.07.2024

В защищенном режиме процессор имеет четырехуровневую систему привиле­гий, которая управляет использованием привилегированных инструкций и до­ступом к сегментам памяти. Уровень привилегии сегмента указывается в его дескрипторе. Нумерация уровней происходит от 0 до 3, высшие привилегии соответствуют нулевому уровню. Для наглядности их принято изображать в виде колец.

Привилегии задач оказывают влияние на выполнение инст­рукций и использование дескрипторов. Текущий уровень привилегии задачи CPL ( Current Privilege Level ) определяется двумя младшими битами регист­ра CS .

CPL задачи может изменяться только при передаче управления к новому сегменту через дескриптор шлюза (см. главу 5). Задача начинает выполняться с уровня CPL, указанного селектором кодового сегмента внутри TSS , когда задача иницииру­ется посредством операции переключения задач. Задача, выполняемая на нуле­вом уровне привилегий, имеет доступ ко всем сегментам, описанным в GDT , и является самой привилегированной. Задача, выполняемая на уровне 3, имеет самые ограниченные права доступа. Текущий уровень привилегии задачи может изме­няться только при передаче управления через шлюзы.

Привилегии сегмента задаются полем DPL байта управления доступом.

DPL определяет наибольший номер уровня привилегий (фактически, наименьшие привилегии), с которым возможен доступ к данному дескриптору. Самый защищенный (привилегированный) дескриптор имеет DPL =0, к нему имеют до­ступ только задачи с CPL =0 . Самый общедоступный дескриптор имеет DPL =3 , его могут использовать задачи с CPL =0, 1, 2, 3. Это правило применимо ко всем дескрипторам, за исключением дескриптора LDT .

Привилегии селектора задаются полем RPL ( Requested Privilege Level ) — двумя младшими битами селектора.

При обращении в сегмент данных с помощью RPL можно ограничить привилегии (относительно CPL ), вводится понятие эффективный уровень привилегий EPL ( Effective Privilege Level ), ко­торый определяется как максимальное из значений CPL и RPL, Селектор с RPL =0 не вводит дополнительных ограничений.

EPL = MAX ( CPL , RPL )

Контроль доступа к сегментам данных производится при исполнении команд, загружающих селекторы в SS , DS , ES , FS и GS . Команды загрузки DS , ES , FS и GS должны ссылаться на дескрипторы сегментов данных или сегментов кодов, допус­кающих чтение. Для получения доступа эффективный уровень привилегий EPL должен быть равным или меньшим (арифметически) уровня привилегий DPL де­скриптора.

EPL £ DPL

· Команды JMP или CALL могут ссылаться либо на подчиненный сегмент кода с DPL, большим или равным CPL, либо на неподчиненный сегмент с DPL равным CPL;

· Прерывания внутри задачи или вызовы, которые могут изменить уровень привилегий, могут передавать управление кодовому сегменту с уровнем привилегий, равным или большим уровня привилегий CPL, только через шлюзы с тем же или меньшим уровнем привилегий, чем CPL;

· Инструкции возврата, которые не переключают задачи, могут передать управление только кодовому сегменту с таким же или меньшим уровнем привилегий;

· Переключение задач может выполняться с помощью вызова, перехода или прерывания, которые ссылаются на шлюзы задачи или сегмент состояния задачи ( TSS ) с тем же или меньшим уровнем привилегий .

Смена уровня привилегий, происходящая при передаче управления, автома­тически вызывает переопределение стека. Начальное значение указателя стека SS : SP для уровня привилегий 0, 1, 2 содержится в TSS. При передаче управле­ния по командам JMP или CALL в CS : SP загружается новое значение указателя стека, а старые значения помещаются в новый стек. При возврате на прежний уро­вень привилегий его стек восстанавливается (как часть инструкции RЕТ или IRЕТ). Для вызовов подпрограмм с передачей параметров через стек и сменой уровня при­вилегий из предыдущего стека в новый копируется фиксированное число слов, заданное в шлюзе. Команда межсегментного возврата RET с выравниванием ука­зателя стека при возврате корректно восстановит значение предыдущего указателя.

Привилегии и битовая карта разрешения ввода/вывода контролируют воз­можность выполнения операций ввода/вывода и управления флагом пре­рываний IF . Уровень привилегий ввода/вывода определяется полем IOPL ( Input / Output Privilege Level ) регистра флагов. Значение IOPL можно изме­нить только при CPL =0 (только для операционной системы).

3.2 Защита по функциональному назначению.

Для надежной работы многозадачных систем необходима защита задач друг от друга. Защита предназначена для предотвращения несанкционированного до­ступа к памяти и выполнения критических инструкций — команды HLT , которая останавливает процессор, команд ввода/вывода, управления флагом разреше­ния прерываний и команд, влияющих на сегменты кода и данных. Механизмы защиты вводят следующие ограничения:

· Ограничение использования сегментов (например, запрет записи в только читаемые сегменты данных или попытки исполнения данных как кода). Для использования доступны только сегменты, дескрипторы которых описаны в GDT и LDT ;

· Ограничение доступа к сегментам через правила привилегий;

· Ограничение набора инструкций — выделение привилегированных инст­рукций или операций, которые можно выполнять только при определен­ных уровнях CPL и IOPL ;

· Ограничение возможности межсегментных вызовов и передачи управле­ния.

В защищенном режиме при исполнении инструкций процессор выполняет проверки условий, порождающих исключения:

Проверка при загрузке сегментных регистров

§ загрузка в SS сегмента кода или сегмента данных только для чтения;

§ загрузка управляющих дескрипторов в DS , ES или SS;

§ загрузка только исполняемых сегментов в DS , ES или SS;

§ загрузка сегмента данных в CS .

Проверка ссылок операндов

Проверка привилегий инструкций

При выполнении команд IRET и POPF с недостаточным уровнем привилегий биты IF и IOPL в регистре флагов не изменяются, исключения не порождаются:

· IF не меняется, при CPL > IOPL;

· IOPL не меняется, если CPL > 0.

· ARPL — выравнивание RPL. При ее исполнении RPL селектора приравни­вается максимальному значению из текущего RPL селектора и поля RPL в указанном регистре. Если при этом RPL изменился, устанавливается ZF =1;

· VERR — проверка возможности чтения: если сегмент, на который указы­вает селектор, допускает чтение, устанавливается ZF =1;

· VERW — проверка возможности записи: если сегмент, на который указы­вает селектор, допускает запись, устанавливается ZF =1;

· LSL — чтение лимита сегмента в регистр, если позволяют привилегии. При успехе устанавливается ZF =1;

· LAR — чтение байта доступа дескриптора в регистр, если позволяют при­вилегии. При успехе устанавливается ZF =1.

Читайте также: