Кольца защиты
Процессор i80286 использует более гибкую и надёжную схему защиты операционной системы и программ друг от друга.
В этой схеме используются привилегии четырёх уровней - от 0 до 3. Самые большие привилегии соответствуют уровню 0. Обычно такими привилегиями обладает ядро операционной системы. Минимальные привилегии у пользовательских программ - уровень 3.
Уровни привилегий часто называют кольцами защиты (см. рис. 10).
Рис. 10. Кольца защиты.
Как распределить привилегии программ в операционной системе? Можно использовать, например, такое распределение:
- Кольцо 0 - ядро операционной системы, системные драйверы.
- Кольцо 1 - программы обслуживания аппаратуры, драйверы, программы, работающие с портами ввода/вывода компьютера.
- Кольцо 2 - системы управления базами данных, расширения операционной системы.
- Кольцо 3 - прикладные программы, запускаемые пользователем.
Несложные системы могут использовать не все кольца, а только некоторые или даже одно. Например, можно расположить все программы операционной системы в кольце 0, а пользовательские программы - в кольце 3. Это вариант описанной выше схемы "супервизор-пользователь".
Простейшие системы можно полностью реализовать в нулевом кольце. Именно так мы и сделали в примерах программ, приведённых в этой книге.
Как практически используются кольца защиты?
Вспомним, что любой селектор имеет поле RPL (биты 0 и 1). В регистре CS хранится селектор текущего выполняемого сегмента кода. Этому селектору соответствует дескриптор в таблице GDT или LDT. В дескрипторе, в байте доступа располагается поле DPL (биты 5 и 6). Указанные поля участвуют в механизме защиты памяти.
Когда операционная система подготавливает программу для запуска, она формирует в GDT или LDT дескриптор, описывающий сегмент кода программы. В этом дескрипторе в поле DPL байта доступа проставляется номер кольца, в котором будет работать данная программа - текущий уровень привилегий CPL (Current Privilege Level). То есть возможности программы определяются содержимым поля DPL в байте доступа.
Текущий уровень привилегий копируется в поле RPL селектора сегмента кода, загруженного в регистре CS.
Программа всегда может проанализировать свой текущий уровень привилегий исходя из значения поле RPL в регистре CS. Однако она не может изменить свой уровень привилегий простой заменой содержимого поля RPL в сегменте CS.
Итак, программа получает от операционной системы текущий уровень привилегий CPL, который она может проанализировать на основании содержимого регистра CS.
Дескрипторы, описывающие сегменты данных, содержат поле уровня привилегий дескриптора DPL (Descriptor Privilege Level). Поле DPL содержит минимальные привилегии, которые нужны для доступа к сегменту данных.
Перед тем, как обратиться к сегменту данных, программа должна загрузить в один из сегментных регистров селектор, соответствующий нужному сегменту данных. В селекторе необходимо указать поле уровня запрашиваемых привилегий RPL (Requested Privilege Level).
Программе будет предоставлен доступ к сегменту только в том случае, когда уровень привилегий дескриптора запрашиваемого сегмента DPL больше или равен значению max(CPL,RPL), т.е. наибольшему из значений текущего уровня привилегий CPL и уровня запрашиваемых привилегий RPL: DPL >= max(CPL,RPL) Если программа попытается получить доступ к более привилегированному, чем она сама сегменту памяти, её выполнение будет прервано. В наших примерах, реализованных для простоты в кольце 0, все уровни привилегий равны 0, т.е. DPL=CPL=RPL=0.
