权限控制
权限控制是指CPU对资源进行分类,使不同权限的程序只能访问自身权限所允许访问的资源。操作系统的用户态和内核态之分就是最常见的权限控制,内核态程序具有最高权限,用户态程序具有最低权限。x86架构提供两种权限控制机制-----段保护和页保护。这两种机制对应内存管理中的段机制和分页机制,下面分别进行介绍。
段保护
段保护引入了如下三种属性对权限控制进行控制。
(1)当前权限级别CPL:CPL表示当前运行的代码权限。通过CS的0、1位记录代码的CPL值,CPL可以有0~3共4个级别,这就是常说的ring级别。其中,Ring0对应CPL=0,具有最高权限,操作系统中的内核运行在该权限;Ring3对应CPL=3,用户程序运行在Ring3。CPL值越高权限越低。
描述符权限级别DPL:DPL表示段和门所具有的权限。它表示代码访问某个段或者通过某个门时所需要的最低权限。例如某个数据段描述符有DPL=2,则只有CPL=0、1、2的代码可以访问该数据段,CPL=3的不能访问。
所要求权限级别RPL:RPL比较特殊,它存在于段寄存器的0~1位,用于程序在访问段时间时增加一级检查。其用途见后面的例子。
程序访问一个段,要通过段寄存器得到段描述符,这样会产生2次检查,参与检查的3个属性分别是:程序本身的CPL、段寄存器的RPL、段描述符的DPL、CPL、DPL、RPL组合起来的情况有很多种,但只有当CPL<=DPL且RPL<=DPL时,访问才被允许,其余情况均被拒绝。通常可以把RPL设置成0来简化检查,此时,满足CPL<= DPL访问即被允许。
页保护
页保护的思想比段保护简单,它通过再页目录项、页表项中引入一个User/Supervisor位,将页面或整个页目录项分成User和Supervisor两个特权级。该位为0时表示Supervisor模式,对应CPL=0、1、2的情况;为1表示User模式,对应CPL=3的情况。当程序运行在CPL=0、1、2也就是SuperVisor模式下时,可以访问所有页面;运行在CPL=3下的程序处于User模式只能访问User页面。
段保护和页保护是可以混用的从面带来了更为灵活的保护机制。