保护模式笔记三段描述符和段选择子

lyl610abc 发表于 2021-4-12 13:53

本帖最后由 lyl610abc 于 2021-4-12 15:41 编辑

# 前言

所有保护模式索引链接：[保护模式笔记一保护模式介绍](https://www.52pojie.cn/thread-1415096-1-1.html)

先前了解了段寄存器，现在继续深入学习段寄存器

------

# 段描述符

## 引出问题

首先要解决的就是上个笔记遗留下来的问题：

```asm
mov bx,ds             //将段寄存器ds的Selector部分保存到bx（ecx的低16位）
mov ax,cs             //将段寄存器cs的Selector部分保存到ax（eax的低16位）
mov ds,ax             //将先前读出来的段寄存器去写ds这个段寄存器，也就是用cs段寄存器覆盖ds段寄存器
```

写寄存器是**对整个96位的段寄存器进行修改**，但是这里只给出了16位的段选择子Selector，**剩下的80位呢**

------

在回答问题之前，还需要了解两个结构：**GDT（全局描述符表）和 LDT（局部描述符表）**

**为什么要了解这两张表？**

因为当执行类似前面**对段寄存器进行修改的指令**：MOV DS,AX时，CPU**会先查表**，根据AX的值（段选择子）来决定查找GDT还是LDT

但在Windows中LDT并没有被使用，于是AX的值(**段选择子**)是用来决定**查询表中的哪个位置**

------

## GDT

### 什么是GDT

GDT全称：Global Descriptor Table，为全局描述符表，表中存储的数据项为**段描述符**

------

### GDT的数量

一个处理器对应一个GDT

------

### 定位GDT

大致了解了GDT是一张表，接下来则要定位到这张表，查看其内容

想要定位GDT表的位置，可以通过**gdtr寄存器**来定位

**gdtr寄存器**存储了GDT表的起始位置和GDT表的大小

------

#### 通过windbg定位GDT

通过在windbg中输入下列指令查看有关GDT的信息：

```
r gdtr //读取gdt表的起始位置
r gdtl //读取gdt表的大小
```

------

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210411215712880.png)

------

得到了：

|       | GDT表的起始位置 | GDT表的大小 |
| -------- | --------------- | ----------- |
| 值    | 0x8003f000    | 0x3ff    |
| 数据宽度 | DWORD(4字节) | WORD(2字节) |

------

得到了GDT表的起始位置后，就可以查看GDT表的内容了：

```
dq 0x8003f000
```

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210411221254633.png)

------

## 段描述符

知道了查询的表为GDT后，再说说GDT表存储的数据项：段描述符

------

### 什么是段描述符

段描述符顾名思义就是用来**描述段的信息**的，每个段对应一个段描述符

------

### 段描述符的数据宽度

每个段描述符的数据宽度为：64位=8字节（QWORD）

------

### 定位段描述符

**通过段选择子可以定位到对应的段描述符**

如何定位，则要先了解段选择子的结构

------

## 段选择子

### 什么是段选择子

段选择子顾名思义就是**用来选择段**的，通过段选择子可以定位到对应的段描述符

------

### 段选择子的结构

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210411222702417.png)

------

|       | Index | TI          | RPL                   |
| -------- | ----- | --------------- | ------------------------- |
| 含义 | 索引| 表指示器    | 请求特权等级          |
| 全称 | Index | Table Indicator | Requested Privilege Level |
| 数据宽度 | 13位| 1位          | 2位                   |

------

#### Index

索引，真正用来索引段描述符的数据

------

#### TI

表指示器，用来确定选择GDT（全局描述符表）还是LDT（局部描述符表）

|       | TI==0 | TI==1 |
| -------- | ----- | ----- |
| 选择的表 | GDT | LDT |

在Windows上并不使用LDT表，故TI恒等于0

------

#### RPL

请求的特权等级，会和请求的段描述符的特权等级进行比较，留作后续补充说明

------

### 根据段选择子定位段描述符

了解了段选择子的结构后，就可以通过段选择子来定位段描述符了

例子：以段选择子 = 0x001B为例

首先将段选择子转换为二进制： 0000 0000 0001 1011

将其按段选择子的结构填入：

|       | Index          | TI    | RPL          |
| -------- | ---------------- | --------- | --------------- |
| 二进制值 | 0000 0000 0001 1 | 0       | 11          |
| 十进制值 | 3             | 0       | 3             |
| 含义 | 索引为3       | 查询GDT表 | 请求特权等级为3 |

得到的索引为3

拿到索引之后就可以定位对应的段描述符了

**对应的段描述符地址 = GDT表首地址 + 索引× 段描述符长度 =GDT表首地址 + 索引 × 8**（注意这里的单位为字节，64位=8字节）

所以：对应的段描述符地址 =0x8003f000 + 3×8= 0x8003f000 + 24 = 0x8003f000 + 0x18 = 0x8003f018

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210411225609994.png)

------

## 加载段描述符至段寄存器

除了MOV指令，还可以使用LES、LSS、LDS、LFS、LGS指令修改寄存器.

CS不能通过上述的指令进行修改，CS为代码段，CS的改变会导致EIP的改变，要改CS，必须要保证CS与EIP一起改，在后续的笔记会提到

------

下面以lds为例子，观察指令执行前后寄存器的变化

```c
#include <stdio.h>
#include <windows.h>

char buffer={0x44,0x33,0x22,0x11,0x1B,0x00};

int main(){

_asm{
push ds
lds eax,fword ptr ds: //fword为6字节
pop ds

}
   return 0;
}
```

------

### 下断点观察

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210412134301577.png)

------

### 执行前

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210412132910807.png)

------

### 执行后

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210412132938532.png)

------

### 对比执行前后

|    | EAX    | DS |
| ------ | ---------- | ---- |
| 执行前 | 0xCCCCCCCC | 0x23 |
| 执行后 | 0x11223344 | 0x1B |

------

### 得出指令功能

LDS指令格式为：LDS OPRD1,OPRD2

OPRD1用来接收OPRD2的低(OPRD-2)字节

OPRD2的高2字节为段选择子，通过段选择子修改DS

其它指令：LES、LSS、LFS、LGS也是一样的格式，只不过修改的段寄存器不同罢了

------

## 内存寻址关系一览图

下面给出内存寻址的流程中，GDT、段描述符、段选择子的关系图：

!(https://610-pic-bed.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/image-20210412153414326.png)

------

以MOV EAX,DWORD PTR DS:为例

根据DS获得Segment Selector（段选择子）：0x23（在[ 保护模式笔记二段寄存器](https://www.52pojie.cn/thread-1415421-1-1.html)中获得的，不同机器可能不同）

根据地址获得Offset(偏移)：0x123456

然后通过段选择子查询GDT（全局描述符表）得到对应的Segment Descriptor（段描述符）

通过段描述符可以得到Base（基地址）= 0 （DS段寄存器的Base为0）

最终要访问的内存地址为：Base+Offset = 0+0x123456=0x123456（期间也会根据段描述符进行一系列校验，这里暂且不提）

------

# 说明

该篇笔记主要介绍了如何**通过段选择子定位到对应的段描述符**并补充了**段选择子的结构和修改段寄存器的指令**

但关于段描述符的结构还没有深入介绍

前面引出的问题也尚未完全解决，通过前面的学习得知**段寄存器剩下的80位是通过段描述符来填充的**

但是段描述符的长度只有64位，如何填充80位？

这些都留作之后的笔记再作说明(づ￣ 3￣)づ

yellowpeach 发表于 2021-4-15 11:18

我在52学代码

bestwars 发表于 2021-4-12 15:12

用心讨论，共获提升！感谢楼主无私奉献

辉哥j 发表于 2021-4-13 00:17

大佬威武！我是真服！

c259179 发表于 2022-8-18 11:52

大佬威武！谢谢！{:1_919:}

huchen 发表于 2024-3-8 14:28

请问，段选择子又是怎么确定的呢？如果是那些cs、ss等那些段寄存器来决定的话，咋看呀r cs吗？(在windbg中)

namesensen 发表于 2024-3-9 14:46

用心讨论，共获提升！感谢楼主无私奉献

页: [1]

吾爱破解 - LCG - LSG |安卓破解|病毒分析|www.52pojie.cn's Archiver

保护模式笔记三 段描述符和段选择子

保护模式笔记三段描述符和段选择子