Architecture et Design

du point de vue de la protection, l'architecture x86 est basée sur des anneaux hiérarchiques, selon lesquels tout l'espace d'exécution fourni par le processeur est divisé en quatre domaines de protection hiérarchique , dont chacun a son propre niveau de privilèges assignés. Cette conception suppose que la plupart du temps le code sera exécuté dans le domaine le moins privilégié et parfois les services à partir du plus le domaine de sécurité privilégié sera demandé et ces services préviendront les activités moins privilégiées sur la pile et la restaureront ensuite de telle sorte que toute préemption sera invisible pour le code moins privilégié.

la conception des domaines de protection hiérarchisés stipule que le contrôle ne peut pas être transmis arbitrairement entre différents domaines de sécurité.

une porte est une caractéristique de l'architecture x86 pour le transfert de contrôle des moins privilégiés codez les segments vers les plus privilégiés, mais pas l'inverse. En outre, le point dans le segment moins privilégié d'où le contrôle sera passé peut être arbitraire, mais le point dans le segment plus privilégié où le contrôle sera passé est strictement spécifié. Le passage de la commande arrière au segment moins privilégié n'est autorisé que par l'instruction IRET . En ce qui concerne les Intel Logiciel manuel du développeur affirme:

Modules de Code

en bas les segments de privilèges ne peuvent accéder aux modules fonctionnant sur des segments de privilèges supérieurs qu'au moyen d'une interface protégée et strictement contrôlée appelée une porte. Les tentatives d'accéder à des segments de privilèges supérieurs sans passer par une barrière de protection et sans avoir de droits d'accès suffisants entraînent une exception générale de protection ( #GP ).

en d'autres termes, une porte est un point d'entrée de domaine privilégié avec les droits d'accès requis et une cible adresse. De cette façon, toutes les portes sont similaires et utilisées à des fins presque identiques, et tous les descripteurs de portes contiennent le champ DPL, qui est utilisé par le processeur pour contrôler les droits d'accès. Mais notez que le processeur vérifie le DPL de la gate seulement si la source de l'appel était un logiciel CALL , JMP , ou INT instruction, et contourne cette vérification lorsque la source de l'appel est un matériel.

Types de portes

malgré le fait que tout les portes sont similaires, elles ont quelques différences parce qu'à l'origine, les ingénieurs D'Intel pensaient que des portes différentes seraient utilisées à des fins différentes.

Tâche "À La Porte De 1519420920"

une porte de tâche ne peut être stockée qu'en IDT et GDT et appelée par une instruction INT . C'est un type très spécial de porte qui diffère significativement des autres.

initialement, les ingénieurs Intel ont pensé qu'ils allaient révolutionner le multitâche en fourniture d'une fonctionnalité basée sur CPU pour la commutation de tâches. Ils ont introduit TSS (segment D'État de tâche) qui tient les registres de l'état de la tâche et peut être utilisé pour la commutation de tâche matérielle. Il y a deux façons de déclencher la commutation matérielle des tâches: en utilisant TSS lui-même et en utilisant Task Gate. Pour faire le commutateur de tâches matériel, vous pouvez utiliser les instructions CALL ou JMP . Si je comprends bien, la raison principale de l'introduction de la porte de tâche était d'avoir la capacité de déclencher des commutateurs de tâche matériel en réponse à l'arrivée de l'interruption, parce qu'un commutateur de tâche matériel ne peut pas être déclenché par un JMP vers le sélecteur TSS.

en réalité, personne ne l'utilise ni la commutation de contexte matériel. En pratique, cette fonctionnalité n'est pas optimale du point de vue de la performance et n'est pas pratique à utiliser. Par exemple, compte tenu du fait que TSS ne peut être stocké qu'en GDT et que la longueur de GDT ne peut pas dépasser 8192, nous ne pouvons pas avoir plus de tâches 8k du point de vue matériel vue.

Piège "À La Porte De 1519420920"

une trappe ne peut être stockée qu'en IDT et appelée par une instruction INT . Il peut être considéré comme un type de base de la porte. Il passe simplement le contrôle à l'adresse particulière spécifiée dans le descripteur trap gate dans le segment plus privilégié et rien de plus. Les trappes activement utilisées à des fins différentes, qui peuvent inclure:

• mise en œuvre de l'appel système (par exemple Linux utiliser INT 0x80 et Windows utiliser INT 0x2E à cette fin)
• mise en œuvre de la gestion des exceptions (nous n'avons aucune raison de désactiver les interruptions en cas d'exception).
• interrompre la gestion de l'implémentation sur les machines avec APIC (nous pouvons mieux contrôler la pile du noyau).

Entrupgate

une porte D'interruption ne peut être stockée qu'en IDT et appelée par une instruction INT . Il est le même que trap gate, mais en outre l'appel de porte d'interruption interdit en outre l'acceptation future d'interruption par le nettoyage automatique du drapeau IF dans le registre EFLAGS.

portes D'interruption utilisées activement pour la mise en œuvre de la gestion des interruptions, en particulier sur les machines basées sur le PIC. La raison en est la nécessité de contrôler la profondeur de la cheminée. Le PIC n'a pas la fonction de priorités des sources d'interruption. En raison de cela par défaut, le PIC ne désactive que l'interruption qui est déjà manipulation en Processeur. Mais une autre interruption peut encore arriver au milieu et prévenir la manipulation de l'interruption. Il peut donc y avoir 15 gestionnaires d'interruption sur la pile du noyau au même moment. En conséquence, les développeurs du noyau ont été forcés soit d'augmenter la taille de la pile du noyau de manière significative, ce qui entraîne la pénalité de mémoire, soit d'être prêts à faire face à un débordement sporadique de la pile du noyau. La porte d'interruption peut fournir la garantie qu'un seul gestionnaire peut être sur la pile du noyau en même temps.

Appel "À La Porte De 1519420920"

une porte D'appel peut être stockée dans GDL et LDT et appelée par les instructions CALL et JMP . Similaire à trap gate, mais en plus peut passer le nombre de paramètres de la pile de tâches du mode utilisateur à la pile de tâches du mode noyau. Le nombre de paramètres transmis est spécifié dans l'appel porte descripteur.

les portes D'appel n'ont jamais été populaires. Il y a peu de raisons à cela:

• ils peuvent être remplacé par des trappes (rasoir D'Occam).
• ils ne transportent pas beaucoup. D'autres processeurs n'ont pas de telles fonctionnalités, ce qui signifie que la prise en charge des gates d'appel pour les appels système est un fardeau lors du portage du système d'exploitation car ces appels doivent être réécrits.
• ils ne sont pas trop flexibles, en raison du fait que la quantité de paramètres qui peuvent être transmis entre les piles est limitée.
• ils ne sont pas optimaux du point de vue de la performance.

à la fin des années 1990, Intel et AMD ont introduit des instructions supplémentaires pour les appels système: SYSENTER / SYSEXIT (Intel) et SYSCALL / SYSRET (AMD). Contrairement aux bornes d'appel, les nouvelles instructions offrent des avantages de rendement et ont été adoptées.

résumé

Je ne suis pas D'accord avec Michael Foukarakis. Désolé, mais il n'y a aucune différence entre les interruptions et les pièges sauf affectant le drapeau IF .

• en théorie, chaque type de porte peut servir d'interface pointant vers un segment avec n'importe quel niveau de privilèges. Dans la pratique, dans le système d'exploitation moderne en usage, seules les portes d'interruption et de trappe, qui sont utilisées dans IDT pour les appels système, les interruptions et la gestion des exceptions, et en raison de cela tout cela servent de point d'entrée du noyau.

• tout type de barrière (y compris les barrières de sécurité) et tâche) peut être invoquée dans le logiciel en utilisant une instruction INT . La seule fonctionnalité qui peut interdire l'accès au code de mode utilisateur à une porte particulière est DPL. Par exemple, lorsque le système d'exploitation construit IDT, quels que soient les types des portes particulières, la configuration du noyau DPL des portes qui seront utilisées pour la gestion des événements matériels à 0 et selon cet accès à ces portes sera autorisé seulement à partir de l'espace du noyau (qui tourne au domaine le plus privilégié), mais quand il configure la porte pour le appel système, il a mis DPL à 3 pour permettre l'accès à cette porte à partir de n'importe quel code. En conséquence, la tâche de mode utilisateur est capable de faire des appels système en utilisant la porte avec DPL = 3, mais attrapera un défaut de Protection générale sur la tentative d'appeler le gestionnaire d'interruption de clavier, par exemple.

• tout type de porte dans IDT peut être invoqué par le matériel. Les gens utilisent les portes d'interruption pour ce matériel de gestion des événements seulement dans les cas où ils veulent obtenir une certaine synchronisation. Par exemple, pour assurez-vous que le débordement de la pile du noyau est impossible. Par exemple, j'ai une expérience réussie de l'utilisation de trap gates pour la gestion des interruptions matérielles sur le système basé sur APIC.

• de la même manière, la porte de n'importe quel type dans IDT peut être appelée dans le logiciel. La raison de l'utilisation de trap gates pour l'appel système et les exceptions est simple. Aucune raison de désactiver les interruptions. La désactivation des interruptions est une mauvaise chose, car elle augmente les temps de traitement des interruptions et augmenter la probabilité d'interruption perdu. A cause de cela, personne ne pourra les désactiver sans raison sérieuse.

• interrompre handler habituellement écrit dans un style strictement rentrant. De cette façon, les gestionnaires d'interruption ne partagent généralement pas de données et peuvent se préempter les uns les autres de manière transparente. Même lorsque nous avons besoin d'exclure mutuellement l'accès simultané aux données dans le gestionnaire d'interruption, nous ne pouvons protéger que l'accès aux données partagées en utilisant cli et sti instruction. Aucune raison de considérer un gestionnaire d'interruption entier comme une section critique. Aucune raison d'utiliser les portes d'interruption, si ce n'est le désir d'empêcher un éventuel débordement de la pile du noyau sur les systèmes à base de PIC.

le trap gates est une solution par défaut pour l'interfaçage du noyau. La porte d'interruption peut être utilisée à la place de la porte de trappe s'il y a une raison sérieuse pour cela.

une porte D'interruption est spéciale car le drapeau IF est automatiquement désactivé. Une porte D'appel est spéciale parce qu'elle n'est pas activée par un vecteur d'interruption. Une porte de tâche est spéciale car elle sauve automatiquement l'état du processeur. Quatre comportements distincts, avoir quatre noms pour eux est pratique.