标志寄存器
通用标志 进位CF, 奇偶PF, 辅助进位AF, 零标志ZF, 负号SF, 方向DF, 溢出OF
内存管理寄存器
- GDTR: 全局描述符表寄存器. 指令LGDT和SGDT分别用于加载和保存GDTR寄存器的内容
- LDTR: 局部描述符表寄存器. 指令LLDT和SLDT分别用于加载和保存LDTR寄存器的内容. 包含LDT表的段必须在GDT表中有一个端描述符项.
- IDTR: 中断描述符表寄存器. 指令LIDT和SIDT分别用于加载和保存IDTR寄存器的内容. 包含LDT表的段必须在GDT表中有一个端描述符项.
- TR: 任务寄存器 . TR用于寻址一个特殊的任务状态段 TSS (Task State Segment). 指令LTR和STR分别用于加载和保存TR寄存器的内容. 当使用LTR指令把选择符加载进任务寄存器时, TSS描述符中段基地址, 段限长度以及描述符属性会被自动加载到任务寄存器中.
控制寄存器
| 标志位 | 说明 |
|---|---|
| PE | 位0, 是启用保护标志(Protection Enable). 当设置该位为1, 即开启保护模式; 当设置该位为0即进入实模式. 这个标志位仅开启段级保护, 而没有开启分页机制. 若要启用分页机制, 则PE和PG标志都要置位 |
| MP | 位1. 是监控协处理器(Monitor Corprocessor或Math Present) 标志. 用于控制WAIT/FWAIT指令与TS标志的交互作用. 如果MP=1, TS=1, 那么执行WAIT指令将产生一个设备不存在异常; 如果MP=0,则TS标志不会影响WAIT的执行 |
| EM | 位2. 仿真标志(EMulation). 当该位设置时, 表示处理器没有内部或外部协处理器, 执行协处理指令时会引起设备不存在异常; 当清除是, 表示系统有协处理器.设置这个标志可以迫使所有浮点指令使用软件来模拟. |
| TS | 位3. 任务已切换(Task Switched)标志. |
| ET | 位4. 扩展类型标志. |
| NE | |
| WP | 位16.是写保护标志. 当设置该标志时, 处理器会禁止超级用户程序向用户级只读页面执行写操作. |
| AM | |
| PG | 位31. 分页标志. 当设置该位即开启分页机制;当复位时即禁止分页机制. |
地址变换
段描述符
段限长= 字节7 低 4位 + 字节2 + 字节1
端基址= 字节8 + 字节5 + 字节3 + 字节4
调用门描述符
段选择符
-
段选择符示例
image.png
为了避免每次访问内存时都去引用描述符表, 去读和解码一个端的描述符, 每个段寄存器都有一个"可见"部分和一个"隐藏"部分. 由于隐藏部分含有描述符信息的一个拷贝,因此操作系统必须确保在对描述符表的改动反映在隐藏部分.
特权级
数组越大表示特权越小，所以有时为了避免混淆， 也将高特权级称做内层，而把低特权级称做外层。
CPL（Current Privilege Level）
CPL是当前执行的程序或任务的特权级。 它被存储在CS和SS的第0位和第1位上。通常情况下， CPL等于代码所在的段的特权级。当程序转移到不同特权级的代码段时，处理器将改变CPL。
在遇到一致代码段时，情况稍微优点特殊，一致代码段可以被相同特权级或者更低特权级的代码访问，当处理器访问一个与CPL特权级不同的一致代码段时，CPL不会被改变。
DPL （Descriptor Privilege Level）
DPL表示段或者门的特权级。它被存储在段描述符或者门描述符的DPL字段中。当当前代码段试图访问一个段或者门时，DPL将会和CPL以及段或门选择子的RPL相比较，根据段或者门类型的不同，DPL将会被区别对待。
数据段: DPL规定可以访问此段的最低特权级。比如，一个数据段的DPL是1，那么只有运行在CPL为0 或者 1的程序才有权访问它。
非一致代码段（不使用调用门的情况下）: DPL规定访问此段的特权级。比如， 一个非一致代码的特权级为0， 那么只有CPL为0的程序才可以访问它。
调用门: DPL规定了当前执行程序或任务可以访问此调用门的最低特权级（这与数据段的规则是一致的）
一致代码段和通过调用门访问的非一致代码段: DPL规定了访问此段的最高特权级。比如， 一个一致代码段的DPL是2，那么CPL为0 或 1 的程序将无法范围此段。
TSS: DPL规定了可以访问此TSS的最低特权级（这与数据段的规则一致的）
RPL （Request Privilege Level）
RPL是通过段选择子的第 0 位和第 1 位表现出来的。处理通过检测RPL 和 CPL 来确认一个访问请求是否合法。即便提出访问请求的段有足够的特权级，如果RPL不够也是不行的。也就是说，如果RPL的数字比CPL大，那么RPL也将会起决定性作用，反之亦然。
操作系统过程往往勇RPL来避免低特权级应用访问高特权级段内的数据。当操作系统过程（被调用过程）从一个应用程序（调用过程）接收到一个选择子时，将会把选这子的RPL设成调用者的特权级。于是， 当操作系统用这个选择子去访问相应的段时，处理器将会用调用过程的特权级（已经被存到RPL中）， 而不是更低的操作系统过程的特权级（CPL）进行特权校验。这样，RPL就保证了操作系统不会越俎代庖地代表一个程序去访问一个段，除非这个程序本身就是有权限的。
堆栈切换
中断描述表
IDT描述符
任务管理数据结构
任务状态段
TSS段中各字段分为两大类： 静态字段和动态字段
动态字段：当任务切换而被挂起时，处理器会更新动态字段的内容。
- 通用寄存器字段，用于保存EAX，ECX，EDX，EBX，ESP，EBP，ESI和EDI寄存器内容
- 段选择符字段，用于保存ES，CS，SS，DS，FS和GS段寄存器内容
- 标志寄存器EFLAGS字段，在切换之前保存EFLAGS
- 指令指针EIP字段，在切换之前保存EIP寄存器内容
- 先前任务连接字段，前一个任务TSS段选择符允许任务使用IRET指令切换到前一个任务
静态字段： 处理器会读静态字段的内容，但通常不会修改他们。 - LDT段选择符字段，含有任务的LDT段的选择
- CR3控制寄存器，含有任务使用的页目录物理基地址
- 特权0,1和2 的堆栈指针字段，这里堆栈指针由堆栈段选择符SS0，SS1和SS2和栈中偏移量指针ESP0，ESP1和ESP2组成。
- 调试陷阱T标志字段，该字段位于字节0x64比特0处
- I/O位图基地址字段，该字段含有从TTS段开始到I/O许可位图处的16位偏移值
TSS描述符
任务切换
处理器可使用下列4中方式之一执行任务切换操作：
- 当前任务对GDT中的TSS描述符执行JMP或CALL指令
- 当前任务对GDT或LDT中的任务门描述符执行JMP或CALL指令
- 中断或异常向量指向IDT表中的任务门描述符
- 当EFLAGS中的NT标志置位时当前任务执行IRET指令
