先說下特權級的概念,在保護模式下,系統依靠特權級來實施代碼和數據的保護,相當于權限
啦。特權級共有4 個級別,0,1,2,3,數字越小表示權限越高。如圖:

較為核心的代碼和數據放在較高(靠內)的層級中,處理器用此來防止較低特權的任務在不被
允許的情況下訪問處于高特權級的段。為了防止概念混淆，我們不用特權級大小來說明，改
為內層(高)，外層(低)來講。
特權級有3 種：CPL,DPL 和RPL，每個都是有4 個等級。
我對他們的關系理解是這樣：一般來說，CPL 代表當前代碼段的權限，如果它想要去訪問
一個段或門，首先要看看對方的權限如何，也就是檢查對方的DPL，如果滿足當前的權限
比要訪問的權限高，則有可能允許去訪問，有些情況我們還要檢查選擇子的權限，即RPL,
因為我們通過選擇子:偏移量的方式去訪問一個段，這算是一個訪問請求動作，因此稱為請
求訪問權限RPL(Requst Privilege Level)。當請求權限也滿足條件，那么訪問就被
允許了。
CPL(Current Privilege Level)
CPL 是當前執行的任務的特權等級，它存儲在CS 和SS 的第0 位和第1 位上。(兩位表示0~3
四個等級)
通常情況下，CPL 等于代碼所在段的特權等級，當程序轉移到不同的代碼段時，處理器將改變
CPL。
注意:在遇到一致代碼段時，情況特殊，一致代碼段的特點是：可以被等級相同或者更低特權級
的代碼訪問，當處理器訪問一個與當前代碼段CPL 特權級不同的一致代碼段時，CPL 不會改
變。
DPL(Descriptor Privilege Level)
表示門或者段的特權級，存儲在門或者段的描述符的DPL 字段中。正如上面說的那樣，當當前
代碼段試圖訪問一個段或者門時，其DPL 將會和當前特權級CPL 以及段或門的選擇子比較，
根據段或者門的類型不同，DPL 的含義不同：
1.數據段的DPL：規定了訪問此段的最低權限。比如一個數據段的DPL 是1，那么只有運
行在CPL 為0 或1 的程序才可能訪問它。為什么說可能呢？因為還有一個比較的因素是RPL。
訪問數據段要滿足有效特權級別（上述）高于數據段的DPL.
2.非一致代碼段的DPL(不使用調用門的情況)：DPL 規定訪問此段的特權，只有CPL 與
之相等才有可能訪問。
3.調用門的DPL，規定了程序或任務訪問該門的最低權限。與數據段同。
4.一致代碼段和通過調用門訪問的非一致代碼段，DPL 規定訪問此段的最高權限。
比如一個段的DPL 為2，那么CPL 為0 或者1 的程序都無法訪問。
5. TSS 的DPL，同數據段。
RPL（Rquest Privilege Level）
RPL 是通過選擇子的低兩位來表現出來的(這么說來，CS 和SS 也是存放選擇子的，同時CPL
存放在CS 和SS 的低兩位上，那么對CS 和SS 來說，選擇子的RPL=當前段的CPL)。處理
器通過檢查RPL 和CPL 來確認一個訪問是否合法。即提出訪問的段除了有足夠的特權級CPL，
如果RPL 不夠也是不行的(有些情況會忽略RPL 檢查)。
為什么要有RPL？
操作系統往往通過設置RPL 的方法來避免低特權級的應用程序訪問高特權級的內層數據。
例子情景：調用者調用操作系統的某過程去訪問一個段。
當操作系統(被調用過程)從應用程序(調用者)接受一個選擇子時，會把選擇子的RPL 設置稱調
用者的權限等級，于是操作系統用這個選擇子去訪問相應的段時(這時CPL 為操作系統的等級,
因為正在運行操作系統的代碼)，處理器會使用調用者的特權級去進行特權級檢查，而不是正在
實施訪問動作的操作系統的特權級(CPL)，這樣操作系統就不用以自己的身份去訪問(就防止了
應用去訪問需要高權限的內層數據,除非應用程序本身的權限就足夠高)。
那么RPL 的作用就比較明顯了：因為同一時刻只能有一個CPL，而當低權限的應用去調用擁
有至高權限的操作系統的功能來訪問一個目標段時，進入操作系統代碼段時CPL 變成了操作系
統的CPL，如果沒有RPL，那么權限檢查的時候就會用CPL，而這個CPL 權限比應用程序高，
也就可能去訪問需要高權限才能訪問的數據，這就不安全了。所以引入RPL，讓它去代表訪問
權限，因此在檢查CPL 的同時，也會檢查RPL.一般來說如果RPL 的數字比CPL 大(權限比
CPL 的低)，那么RPL 會起決定性作用。
說這么多不明白都不行啦~真累
下面是引用的一個超棒的關于權限控制的總結：
引用地址
還有一篇文章在此。
數據訪問時的權限check
一、 訪問data segment 時（ds、es、fs 及gs）
1、 程序指令要訪問數據時，data segment selector 被加載進 data segment register
（ds、es、fs 和 gs）前，處理器會進行一系列的權限檢查，通過了才能被加載進入segment
register。處理器分為兩步進行檢查：
★ CPL（當前程序運行的權限級別）與RPL（位于selector 中的 RPL）作比較，并設置
有效權限級別為低權限的一個。
★ 得出的有效權限級別與DPL（segment descriptor 中的DPL）作比較，有效權限級
別高于DPL，那么就通過。低于就不允許訪問。
2、舉個例子：
如果：CPL = 3、RPL = 2、DPL = 2。那么
EPL = CPL > RPL ? CPL : RPL;
if (EPL <= DPL) {
/* 允許訪問 */
} else {
/* 失敗，#GP 異常生產，執行異常 */
}
或者：
if ((CPL <= DPL) && (RPL <= DPL)) {
/* 允許訪問 */
} else {
/* 失敗，#GP 異常生產，執行異常 */
}
也就是要訪問目標data segment，那么必須要有足夠的權限，這個足夠的權限就是：
當前運行的權限級別及選擇子的請求權限級別要高于等于目標data segment 的權限級
別。
二、 訪問stack segment 時
1、 該問stack 時的權限檢查更嚴格，CPL、RPL 及DPL 三者必須相等才能通過該問請
求。
2、 舉個例子：
if (CPL == RPL && RPL == DPL && CPL == DPL) {
/* 允許訪問 */
} else {
/* 失敗，#GP 異常生產，執行異常 */
}
也就是說每個權限級別有相對應的statck segment。不能越權訪問，即使高權限訪問低權
限也是被拒絕的
控制權的轉移及權限檢查。
權限檢查的4 個要素:
★ CPL：處理器當前運行的級別，也就是：當前 CS 的級別，在 CS 的 BIT0 ~ Bit1
★ DPL：訪問目標代碼段所需的級別。定義在 segment descriptor 的 DPL 域中
★ RPL: 通過 selector 進行訪問時，selector 內定義的級別。
★ conforming/nonconforming：目標代碼屬于 nonconforming 還是 conforming
定義在segment descritptor 的 C 標志位中
x86 的各方面檢查依賴于目標代碼段是 nonconforming(不一致) 還是
conforming(一致) 類型
一、 直接轉移（far call 及 far jmp）
1、 直接轉移定義為不帶gate selector 或 taskselector 的遠調用。當執行一條 call
cs:eip 或 jmp cs:eip 指令時，cs 是目標代碼段的selector，處理器在加載指令操作數
中的cs 進cs register 前，要進行一系列的權限檢查，控制權的轉移權限分兩部分，根據
目標代碼段descriptor 定義的兩種情況：
1）、nonconforming target code segment
★ 直接轉移后的權限級別是不能必改變的。因此，CPL 必須要等于目標代碼段的 DPL。
★ 要有足夠的請求權限進行訪問。因此，目標代碼段選擇子的RPL <= CPL
2）、conforming target code segment
★ conforming code segment 允許訪問高權限級別的代碼。這里只需檢
查 CPL >= DPL 即可，RPL 忽略不檢查。
★ 轉移后CPL 不會改變。
2、 以上兩步通過后，處理器加載目標代碼段的CS 進入CS register，但權限級別不
改變，繼而RPL 被忽略。
★ 處理器根據CS selector 在相應的descriptor table 找到 code segment
descriptor。CS 的Bit2（TI 域） 指示在哪個descriptor table 表查找，CS.TI = 0 時
在GDT 查找，CS.TI = 1 時在LDT 查找。
★ CS 的Bit15~Bit3 是selector index 值，處理器基于GDT 或LDT 來查找segment
descriptor。具體是：GDTR.base 或 LDTR.base + CS.SI × 8 得出code segment
descritpro。
★ 處理器自動加載code segment descriptor 的 base address、segment limit 及
attribute 域進入 CS register 的相應的隱藏域。
★ 轉到CS.base + eip 處執行指令
總結：用代碼形式來說明直接轉移 call cs:eip 這條指令
例： call 1a:804304c （即cs = 1a, eip = 804304c）
target_cs = 1a;
target_eip = 0x0804304c;
CPL = CS.RPL; /* 當前執行的代碼段的權限級別就是CPL */
RPL = target_cs.RPL; /* 目標段 selector 的低3位是RPL */
target_si = target_cs.SI; /* 目標段 selector 的索引是Bit15~Bit3 */
target_ti = target_cs.TI; /* 目標段selector的描述符表索引是Bit2 */
CODESEG_DESCRIPTOR target_descriptor;
if (target_ti == 0) { /* target_cs.TI為0 就是參考到 GDT（全局描述符表） */
/* 以GDTR寄存器的base 為基地址加上selector的索引乘以8即得出目標
段描述符，目標描述符的DPL就是目標段所需的訪問權限 */
target_descriptor = GDTR.base + target_si * 8
} else { /* 否則就是參考 LDT （局部描述符表）*/
/* 以 LDTR寄存器的base 為基地址得出目標段描述符 */
target_descriptor = LDTR.base + target_si * 8;
}
DPL = target_descriptor.DPL; /* 獲取DPL */
if (target_descriptor.type & 0x06) { /* conforming */
if (CPL >= DPL) { /* 允許執行高權限代碼 */
/* go ahead */
} else {
/* 引發 #GP 異常 */
goto DO_GP_EXCEPTION;
}
} else { /* nonconforming */
if (CPL == DPL && RPL <= CPL) {
/* go ahead */
} else {
/* 引發 #GP 異常 */
goto DO_GP_EXCEPTION;
}
}
/****** go ahead ? ?******/
CS = target_cs; /* 加載目標段CS 進入 CS 寄存器 */
EIP = target_eip; /* 加載目標指令EIP 進入 EIP 寄存器 */
/* 當前執行權限 CPL 不改變 */
goto target_descriptor.base + target_eip; /* 跳轉到目標地址執行 */
DO_GP_EXCEPTION: /* 執行 #GP異常點 */
? ?
二、 使用call gate 進行控制權的轉移
使用call gate 進行轉移控制，目的是建立一個利用gate 進行向高權限代碼轉移的一種保
護機制。gate 符相當一個進入高權限代碼的一個通道。
對于指令 call cs:eip 來說：
★ 目標代碼的selector 是一個門符的選擇子。用來獲取門描述符。
★ 門描述符含目標代碼段的selector 及目標代碼的偏移量。
★ 目標代碼的ip 值被忽略。因為門符已經提供了目標代碼的偏移量。
1、 權限的檢查
★ 首先，必須要有足夠的權限來訪問gate 符，所以：CPL <= DPLg（門符的DPL）且：
RPL <= DPLg
★ 進前代碼向高權限代碼轉移，所以，對于conforming 類型的代碼段來說，必須CPL >=
DPLs（目標代碼段的DPL）
★ 對于nonconforming 類型代碼段來說，必須CPL = DPLs
★ call 指令改變當前權限，而jmp 指令不改變當前權限。
總結:
if ((CPL <= DPLg) && (RPL <= DPLg)) { /* 足夠的權限訪問門符 */
if (target.C == CONFORMING) { /* 目標代碼屬于 conforming類型 */
/* 向高權限級別代碼轉移控制 */
if (CPL >= DPLs) {
/* 通過訪問 */
} else {
/* 失敗，#Gp異常發生 */
}
} else { /* 目標代碼屬于 nonconforming 類型 */
/* 平級轉移 */
if (CPL == DPLs) {
/* 通過訪問 */
} else {
/* 失敗，#GP 異常發生 */
}
}
} else { /* 沒有足夠權限訪問門符 */
/* #GP 異常發生 */
}
2、 控制權的轉移
指令：call 1a:804304c （其中1a 是call gate selector）
gate_selector = 0x1a; /* call gate selector */
RPL = gate_selector.RPL; /* 門符選擇子RPL */
CPL = CS.RPL; /* 當前代碼段低3位是CPL*/
CALLGATE_DESCRIPTOR call_gate_descriptor; /* 門符的描述符 */
CODESEG_DESCRIPTOR target_cs_descritpor; /* 目標代碼段的描述符 */
call_gate_si = gate_selector.SI; /* 門符 selector 的索引 */
call_gate_ti = gate_selector.TI; /* 門符selector的描述符表索引 */
/* 獲取call gate descriptor */
if (call_gate_ti == 0) { /* TI為0 就是參考到 GDT（全局描述符表） */
/* 以GDTR寄存器的base 為基地址加上selector的索引乘以8即得出門符的描述符，
門符的DPL就是門符的訪問權限 */
call_gate_descriptor = GDTR.base + call_gate_si * 8;
} else { /* 否則就是參考 LDT （局部描述符表）*/
/* 以 LDTR寄存器的base 為基地址得出目標段描述符 */
call_gate_descriptor = LDTR.base + call_gate_si * 8;
}
/* 獲取 target code segment descriptor */
target_cs = call_gate_descriptor.selector; /* 獲取門符的目標代碼段選擇子
*/
target_cs_si = target_cs.SI; /* 目標代碼段的索引 */
target_cs_ti = target_cs.TI; /* 目標代碼描述符表索引 */
if (target_cs_ti == 0)
target_cs_descriptor = GDTR.base + target_cs_si * 8;
else
target_cs_descriptor = LDTR.base + target_cs_si * 8;
DPLg = call_gate_descriptor.DPL; /* 獲取門符的DPL */
DPLs = target_cs_descriptor.DPL; /* 獲取目標代碼段的DPL */
if (CPL <= DPLg && RPL <= DPLg) { /* 有足夠權限訪問門符 */
if (target_cs_descriptor.type & 0x06) { /* conforming */
if (CPL >= DPLs) {
/* 允許訪問目標代碼段 */
} else {
/* #GP 異常產生 */
}
} else if (CPL == DPLs) { /* nonconforming */
/* 允許訪問目標代碼段 */
} else {
/* 拒絕訪問，#GP 異常發生 */
goto DO_GP_EXCEPTION;
}
} else { /* 無權限訪問門符 */
/* 拒絕訪問， #GP異常發生 */
goto DO_GP_EXCEPTION;
}
/* 允許訪問 */
current_CS = target_cs; /* 加載目標代碼段進入CS 寄存器 */
current_CS.RPL = DPLs; /* 改變當前執行段權限 */
current_EIP = call_gate_descriptor.offset; /* 加載EIP */
/* 跳轉到目標代碼執行 */
/* goto current_CS:current_EIP */
goto target_cs_descriptor.base + call_gate_descriptor.offset;
return;
DO_GP_EXCEPTION: /* 執行異常 */
三、 使用中斷門或陷井門進行轉移
中斷門符及陷井門必須存放在IDT 中，IDT 表也可以存放call gate。
1、 中斷調用時的權限檢查
用中斷門符進行轉移時，所作的權限檢查同call gate 相同，區別在于intterrupt gate 轉
移不需要檢查RPL，因為，沒有RPL 需要檢查。
★ 必須有足夠的權限訪問門符，CPL <= DPLg
★ 向同級權限代碼轉移時，CPL == DPLs，向高權限代碼轉移時，CPL > DPLs
總結
if (CPL <= DPLg) { /* 有足夠權限訪問門符 */
if (CPL >= DPLs) {
/* 允許訪問目標代碼頭 */
} else {
/* 失敗，#GP異常發生 */
}
} else {
/* 失敗，#GP異常發生 */
}
2、 控制權的轉移
發生異常或中斷調用時
★ 用中斷向量在中斷描述符表查找描述符：中斷向量×8，然后加上IDT 表基址得出描述
符表。
★ 從查找到的描述符中得到目標代碼段選擇子，并在相應的GDT 或LDT 中獲取目標代碼
段描述符。
★ 目標代碼段描述符的基址加上門符中的offset，確定最終執行入口點。
中斷或陷井門符轉移的總結：
例： int 0x80 指令發生的情況
vector = 0x80;
INTGATE_DESCRIPTOR gate_descriptor = IDTR.base + vector * 8;
CODESEG_DESCRIPTOR target_descriptor;
TSS tss = TR.base; /* 得到TSS 內存塊 */
DPLg = gate_descriptor.DPL;
target_cs = gate_descriptor.selector;
if (CPL <= DPLg) { /* 允許訪問門符 */
if (target_cs.TI == 0) { /* index on GDT */
target_descriptor = GDTR.base + target_cs.SI * 8;
} else { /* index on LDT */
target_descriptor = LDTR.base + target_cs.SI * 8;
}
DPLs = target_descriptor.DPL;
if (CPL > DPLs) { /* 向高權限代碼轉移 */
/* 根據目標代碼段的DPL值來選取相應權限的stack結構 */
switch (DPLs) {
case 0 : /* 假如目標代碼處理0級，則選0級的stack結構 */
SS = tss.ss0;
ESP = tss.esp0;
break;
case 1:
SS = tss.ss1;
ESP = tss.esp1;
break;
case 2:
SS = tss.ss2;
ESP = tss.esp2;
break;
}
/* 以下必須保護舊的stack結構，以便返回 */
*--esp = SS; /* 將當前SS入棧保護 */
*--esp = ESP; /* 將當前ESP入棧保護 */
} else if (CPL == DPLs) {
/* 同級轉移，繼續向下執行 */
} else {
/* 失敗，＃GP異常產生，轉去處理異常 */
}
*--esp = EFLAGS; /* eflags 寄存器入棧 */
/* 分別將 NT、NT、RF及VM標志位清0 */
EFLAGS.TF = 0;
EFLAGS.NT = 0;
EFLAGS.RF = 0;
EFLAGS.VM = 0;
if (gate_descriptor.type == I_GATE32) { /* 假如是中斷門符 */
EFLAGS.IF = 0; /* 也將IF標志位清0，屏蔽響應中斷 */
}
*--esp = CS; /* 當前段選擇子入棧 */
*--esp = EIP; /* 當前EIP 入棧 */
CS = target_selector; /* 加載目標代碼段 */
CS.RPL = DPLs; /* 改變當前執行權限級別 */
EIP = gate_descriptor.offset; /* 加載進入EIP */
/* 執行中斷例程 */
goto target_descritptor.base + gate_descriptor.offset;
} else {
/* 失敗，#GP 異常產生，轉去處理異常 */
}
堆棧的切換
控制權發生轉移后，處理器自動進行相應的堆棧切換。
1、 當轉向到同權限級別的代碼時，不會進行堆棧級別的調整，也就是不進行堆棧切換。
2、 當轉向高權限級別時，將發生相應級別的堆棧切換。從TSS 塊獲取相應級別的stack
結構。
例：假如當前運行級別CPL 為2 時，發生了向0 級代碼轉移時：
TSS tss = TR.base; /* 從TR寄存器中獲取TSS 塊 */
CPL = 2; /* 當前運行級別為2 級*/
DPL = 0; /* 目標代碼需要級別為 0 級 */
/* 根據目標代碼需要的級別進行選取相應的權限級別的stack結構 */
switch (DPL) {
case 0:
SS = tss.ss0;
ESP = tss.esp0;
break;
case 1:
SS = tss.ss1;
ESP = tss.esp1;
break;
case 2:
SS = tss.ss2;
ESP = tss.esp2;
break;
}
*--esp = SS; /* 保存舊的stack結構 */
*--esp = ESP;
/* 然后再作相當的保存工作，如保存參數等 */
*--esp = CS; /* 最后保存返回地址 */
*--esp = EIP;
控制權的返回
當目標代碼執行完畢，需要返回控制權給原代碼時，將產生返回控制權行為。返回控制權行
為，比轉移控制權行為簡單得多。因為，一切條件已經在交出控制權之前準備完畢，返回時
僅需出棧就行了。
1、 near call 的返回
近調用情況下，段不改變，即CS 不改變，權限級別不改變。僅需從棧中pop 返回地址就
可以了。
2、 直接控制權轉移的返回（far call 或far jmp）
直接控制權的轉移是一種不改變當前運行級別的行為。只是發生跨段的轉移。這時，CS
被從棧中pop 出來的CS 值加載進去，處理器會檢查CPL 與這個pop 出來的選擇子中的
RPL 進行檢查，相符則返回。不相符則發生 #GP 異常。
總結：假如當前運行的目標代碼執行完畢后，將要返回。這時CPL 為2
CPL = 2； /* 當前代碼運行級別為 2 */
? ?
EIP = *esp++; /* pop出原EIP 值 */
CS = *esp++; /* pop出原CS值 */
if (CPL == CS.RPL) {
/* CS.RPL 代表是原來的運行級別，與CPL相符則返回 */
return ;
} else {
/* #GP異常產生，執行異常處理 */
}
3、 利用各種門符進行向高權限代碼轉移后的返回
從高權限代碼返回低權限代碼，須從stack 中pop 出原來的stack 結構。這個stack 結構
屬于低權限代碼的stack 結構。然后直接pop 出原返回地址就可以了。
總結：
CPL = 0； /* 當前運行級別為 0 級 */
? ?
EIP = *esp++; /* 恢復原地址 */
CS = *esp++; /* 恢復原地址及運行級別 */
ESP = *esp ++; /* 恢復原stack結構 */
SS = *esp++; /* 恢復原stack 結構，同時恢復了原stack訪問級別 */
return ; /* 返回 */

總結

以上是生活随笔為你收集整理的保护模式 对CPL，RPL，DPL 的总结的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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