你真的了解段寄存器吗？

左手的ㄟ右手 2023-02-12 07:25 43阅读 0赞

段寄存器通常有**CS DS SS ES**，80386后引入了2个额外的段寄存器**FS**与**GS**。

大量的书籍上，都描述了段寄存器是16位的，这是一种非常不严谨的说法！

> 这些段寄存器除了有**16位的可见部分**，还有**不可见的隐藏部分**，称为`描述符缓存“descriptor cache”`或`隐藏寄存器“shadow register”`\[1\]。当一个段选择符（segment selector）装入段寄存器的可见部分，处理器同时也把该段描述符的其它数据装入到段寄存器的隐藏部分，这包括段开始的基地址、段长度、访问控制信息等。这些信息缓存到段寄存器中，避免了处理器在转址（translate address）时花费额外的总线周期从段选择符表中读入数据。处理器指令中可以明示使用哪些段寄存器，这将替换掉默认使用的段寄存器。 ————维基百科

通常我们看到的段寄存器只有16位，这16位本质只是一个段选择子，更多的段描述信息需要通过该选择子在GDT全局描述符表中找到对应的描述符表项进而读取段的全部信息。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

**段寄存器**中16位2字节**段选择子**的结构如下：  
![在这里插入图片描述][20200316130406291.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

**GDT表**中64位8字节**段描述符**结构：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

对于一个段寄存器描述的一个段，该段具有**段属性Attribute**、**段基址Base**以及**段限长Limit**，段寄存器中能看到的16位段选择子就是为了能够查找上述三个属性。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

下面进行三个属性的基本探测，能够证明他们确实存在，而且当进行段寄存器赋值的时候，不止是简单的16位段选择子的改变，同时也涉及段属性、段基址以及段限长的改变。

### Attribute ###

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    int result;
    int main()
    { 
    	__asm
    	{ 
    		mov ax, cs //cs是可读 可执行 但是不可写
    		mov ds, ax 
    		mov dword ptr ds:[result], eax 
    	}
    	cout << result << endl;
    	return 0;
    }

### Base ###

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    int result;
    int main()
    { 
    	__asm
    	{ 
    		mov ax, fs // 如果换成ss就是读取0地址处导致程序运行失败，fs寄存器的段基础不是0，所以能够进行读取
    		push gs // 保存gs的值
    		mov gs, ax 
    		mov eax, gs:[0]
    		mov dword ptr ds:[result], eax
    		pop gs // 恢复gs的值
    	}
    	cout << result << endl;
    	return 0;
    }

### Limit ###

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    int result;
    int main()
    { 
    	__asm
    	{ 
    		mov ax, fs // 如果换成ss就是读取0地址处导致程序运行失败，fs寄存器的段基础不是0，所以能够进行读取
    		push gs // 保存gs的值
    		mov gs, ax 
    		mov eax, gs:[0xffc] // fs段限长为0xfff
    		mov dword ptr ds:[result], eax
    		pop gs // 恢复gs的值
    	}
    	cout << result << endl;
    	return 0;
    }

从段描述符的结构中，我们看到描述段限长Limit 低4字节0-15位以及高字节16-19位，但是Base Address被分为了三段低4字节16-31位、高4字节0-7位以及高4字节24-31位，这是由于历史原因，因intelCPU也是一步步发展过来的，为了能够向下兼容，所以出现了这种破碎的场景；剩下的部分都是段的描述属性了。

接下来详细介绍段描述符的各个部分属性！

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200525112322640.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg==,size_16,color_FFFFFF,t_70#
[20200316130406291.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200316130406291.png#
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200316130425992.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg==,size_16,color_FFFFFF,t_70#
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200901103117141.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg==,size_16,color_FFFFFF,t_70#
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200901102230167.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg==,size_16,color_FFFFFF,t_70#