用Visual C++实现CPU特权指令操作

一、引言

　　80×86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0×28总是指向Ring0的代码段 　　　pGate->Selector = 0×28; 　　　pGate->Dcount = 0; 　　　pGate->Gtype = 0xEC; 　　　pGate->OffsetH = HIWORD(pvRing0FuncAddr); 　　　//准备远程调用参数 　　　CallgateAddr[0] = 0×0; 　　　CallgateAddr[1] = 0×0; 　　　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Windows98。