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用Visual C++实现CPU特权指令操作

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80x86系列CPU具有四级保护机制。在Windows 9X操作系统只使用0级和3级,以便于移植到精简指令集的计算机上

作者:黄东 来源:天极网 2007年10月19日

关键字: Visual C++ CPU 特权指令

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一、引言

  80x86系列CPU具有四级保护机制。在Windows 9X操作系统只使用0级和3级,以便于移植到精简指令集的计算机上,如RS4000等,这些处理器一般只有两个特权级,即系统级和用户级。在Windows 9X系统环境,应用程序运行在Ring3(3级),如果要运行特权指令就必须进入Ring0(0级)。在同一任务内,实现特权级从外层到内层变换的普通途径是使用段间调用指令CALL,通过调用门进行转移;实现特权级从内层向外层变换的普通途径是使用段间返回指令RET。注意,不能用JMP指令实现任务内不同特权级的变换。调用门描述符转移的入口点包含目标地址的段及偏移量的48位全指针。在执行通过任务门的段间转移指令JMP或段间调用指令CALL时,指令所含指针内的选择子用于确定调用门,而偏移被丢弃;把调用门内的48位全指针作为目标地址指针进行转移。

  二、基本思路

  取得全局描述符表,搜索该表找到一个暂时为空的描述符,安装调用门,进行远程调用即可实现特权指令操作。

  三、所用到的数据结构

  ①全局描述符GDT的格式:


  在VC中定义全局描述符如下:

struct GDT_DESCRIPTOR{
 WORD LimitL;//段界限低16位
 WORD BaseL;//基地址低16位
 BYTE BaseM;//基地址中间8位
 BYTE AttriB;//段属性
 BYTE LimitH;//段界限的高4位(包括段属性的高4位)
 BYTE BaseH;//基地址的高8位
}

  ②门描述符的一般格式:


  当TYPE的低4位值为0xC时,这是一个386调用门(CallGate)。在VC中定义"门"如下:struct GATE{ //门结构类型定义

WORD OffsetL; // 32位偏移的低16位
WORD Selector; //选择子
BYTE Dcount; //双字计数字段
BYTE Gtype; //当低4位值为0xC是,这是一个调用门
WORD LimitH; //32位偏移的高16位
}

  ③全局描述符表寄存器GDTR

  GDTR长48位,其中高32位为基地址,低16位为界限,GDTR中的段界限以字节为单位。在VC中定义如下:

struct GDTR{
 WORD wGDTLimit;
 DWORD dwGDTBase;
};

  四、具体实现

  使用MFC AppWizard新建一个基于对话框的应用程序,工程名为MyRing0。在对话框中添加一个按钮,修改ID为ID_GETCR0,修改Caption为取CR0的值,同时添加该按钮的消息处理函数void CMyRing0Dlg::OnGetcr0()。新建一个头文件Ring0.h并添加到工程中,添加下面的代码到Ring0.h中。

#pragma pack(1)
struct GDT_DESCRIPTOR{
 WORD LimitL; //段界限低16位
 WORD BaseL; //基地址低16位
 BYTE BaseM; //基地址中间8位
 BYTE AttriB; //段属性
 BYTE LimitH; //段界限的高4位(包括段属性的高4位)
 BYTE BaseH; //基地址的高8位
};
struct GATE_DESCRIPTOR{
 WORD OffsetL; // 32位偏移的低16位
 WORD Selector; //选择子
 BYTE Dcount; //双字计数字段
 BYTE Gtype; //当低4位值为0xC是,这是一个调用门
 WORD LimitH; //32位偏移的高16位
};

struct GDTR{
 WORD wGDTLimit;
 DWORD dwGDTBase;
};
#pragma pack()

  在MyRing0Dlg.cpp中最后一个include语句后添加#include "Ring0.h",在按钮的消息处理函数void CMyRing0Dlg::OnGetcr0()前面添加下面两个函数:

__declspec(naked) void GetCR0_Ring0()
{
 _asm{
 mov ebx,cr0 //特权指令
 mov [EAX],ebx
 retf
}
}

bool CallRing0(PVOID pvRing0FuncAddr,PWORD pVal)
{
 struct GDT_DESCRIPTOR *pGDTDescriptor;
 struct GDTR gdtr;
 WORD CallgateAddr[3];
 WORD wGDTIndex = 1;
 //取得全局描述符表GDT
 _asm Sgdt [gdtr]

 // 空选择子有特殊用途,跳过它,从第二个选择子开始搜索
 pGDTDescriptor = (struct GDT_DESCRIPTOR *)(gdtr.dwGDTBase + 8);
 for (wGDTIndex = 1; wGDTIndex < (gdtr.wGDTLimit / 8); wGDTIndex++)
 {
  if (pGDTDescriptor->AttriB == 0)
  {
   struct GATE_DESCRIPTOR *pGate;

   pGate = (struct GATE_DESCRIPTOR *) pGDTDescriptor;
   pGate->OffsetL = LOWORD(pvRing0FuncAddr);
   //选择子0x28总是指向Ring0的代码段
   pGate->Selector = 0x28;
   pGate->Dcount = 0;
   pGate->Gtype = 0xEC;
   pGate->OffsetH = HIWORD(pvRing0FuncAddr);
   //准备远程调用参数
   CallgateAddr[0] = 0x0;
   CallgateAddr[1] = 0x0;
   CallgateAddr[2] = (wGDTIndex << 3) | 3;
   //进入Ring0
   _asm Mov EAX,[pVal]
   _asm call FWORD PTR [CallgateAddr]
   //归还刚才使用的全局描述符
   memset(pGDTDescriptor, 0, 8);
   return true;
  }
  //下一个全局描述符
  pGDTDescriptor++;
 }
 //没有空闲的全局描述符
 return false;
}

  为按钮的消息处理函数void CMyRing0Dlg::OnGetcr0()添加代码如下:

void CMyRing0Dlg::OnGetcr0()
{
 // TODO: Add your control notification handler code here
 WORD Val=0;
 char str[16];
 if(!CallRing0((PVOID)GetCR0_Ring0,&Val)){
  AfxMessageBox("系统资源不够!");
  return;
 };
 sprintf(str,"CR0=%3d",Val);
 AfxMessageBox(str);
}

  程序在VC6下编译通过,操作系统为Win

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dows98。
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