Linux kernel 学习笔记（1） --分段分页保护机制

使用80x86处理器进行寻址时牵涉到三种不同的地址，其关系如下所示

逻辑地址------------------->线性地址-------------------------->物理地址

（分段）（分页）

分段的保护机制：

一个逻辑地址由两部分组成：段标识符和偏移量。其中偏移量是一个32位长的字段，段标识符是一个16位长的字段，称为段选择符，含有一个13位的段描述符索引，一个1位的GDT和LDT指示位和一个两位的请求者特权级。

请求者特权级（RPL）是用来指示当前CPU的特权级。0代表最高优先级，3代表最低优先级，Linux只用0和3，分别称之为内核态和用户态。

为了快速方便的找到段选择符，处理器提供了段寄存器，段寄存器的唯一目的是存放段选择符，其中CS寄存器中包含一个两位的字段，用来指明CPU的当前优先级（CPL）。

段描述符是由8个字节来表示段的特性，它被保存在全局描述符表（GDT）和局部描述符表（LDT）中，由于段描述符的内容较多，在此不一一介绍。关键的有一个两位表示的描述符特权级（DPL），主要用于限制对这个段的存取，它表示可以访问这个段的最小CPU优先级。

以上三段共提到3个特权级，分别是RPL、CPL和DPL。是不是有点晕了，不着急，下面说明三个的关系。

DPL：描述符特权级（Descriptor Privilege Level）

存储在描述符中的权限位，用于描述代码的所属的特权等级，也就是代码本身真正的特权级。一个程序可以使用多个段(Data，Code，Stack)也可以只用一个code段等。正常的情况下，当程序的环境建立好后，段描述符都不需要改变——当然DPL也不需要改变，因此每个段的DPL值是固定。

CPL：当前特权级（Current Privilege Level）

是CS register 里bit 0和bit 1 位组合所得的值.在某一时刻就只有这个值唯一的代表程序的CPL。在Linux系统中代表当前处于内核态还是用户态。

RPL：请求特权级RPL(Request Privilege Level)

RPL保存在选择子的最低两位。 RPL 说明的是进程对段访问的请求权限，意思是当前进程想要的请求权限。 RPL 的值由程序员自己来自由的设置，并不一定RPL>=CPL，但是当RPL<CPL时，实际起作用的就是CPL了，因为访问时的特权检查是判断：EPL=max(RPL,CPL)<=DPL 是否成立，所以RPL可以看成是每次访问时的附加限制，RPL=0时附加限制最小，RPL=3时附加限制最大。所以你不要想通过来随便设置一个rpl来访问一个比cpl更内层的段。

因为你不可能得到比自己更高的权限，你申请的权限一定要比你实际权限低才能通过CPU的审查，才能对你放行。所以实际上RPL的作用是程序员可以把自己的程序降级运行——有些时候为了更好的安全性,程序可以在适当的时机把自身降低权限（RPL设成更大的值）。

段机制中使用特权级实现自己的保护机制

分页的保护机制：

分页机制中将32位的线性地址分成3个域

目录项（高10位）

页表项（中10位）

偏移量（低12位）

页目录项和页表项具有相同的结构其中与权限有关的有：

Read/Write标志

读写特权，如果为0，表示相应页表或者页是只读的，如果为1，则表示可读写。

User/Supervisor标志

和页表相关的特权级只用两个，如果该标志为0，处于内核态时才能寻址，如果标志为1，总能对页寻址。

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