在没有系统调用的情况下写入磁盘

Question

我正在尝试了解 ring 3 到 ring 0 传输在操作系统中的工作原理。

我想我了解系统调用的工作原理。

我的理解是，当用户模式程序想要进行系统调用时，它会设置调用参数并发送一个 INT，它将控制权转移到操作系统，然后操作系统将读取参数，完成这项工作，然后将控制权返回给用户程序。还有更优化的 sys enter arm sys exit 变体。

如果用户自愿调用系统调用，这一切对我来说都是有意义的。

但是，为了保证安全，操作系统不能假设调用者会使用系统调用来访问资源。

我的问题是——如果用户程序直接尝试直接访问资源（磁盘）而不涉及操作系统会发生什么。

操作系统如何拦截它？

Answer 1

任何 I/O 硬件，例如磁盘控制器，将（设计者的选择）要么响应 I/O 端口地址或内存空间地址，要么可能同时响应两者。没有其他方法可以与硬件对话。硬件坐在一些公共汽车上。程序代码必须读/写一些 I/O 端口，或者必须读/写一些“内存”地址，这实际上是设备而不是实际的 RAM。

在 x86 上，由于内核控制对两者的访问：

• I/O 端口，通过设置或不设置 I/O 端口权限，防止 ring 3 访问

• 物理内存空间地址（通过控制虚拟到物理地址的映射）

那么它绝对可以从用户模式中删除访问权限。

因此，没有用户模式可以执行的指令来寻址设备。这是任何硬件上内核/用户分离的基本方面：内核可以控制用户模式可以做什么。

接收@sawdust 的评论 - 一旦内核设置了上述限制，那么：

• 尝试发出 I/O 端口指令将陷入内核，因为未授予访问权限。

• 访问内存空间设备地址是无法表达的；没有等同于所需特定物理地址的用户空间虚拟地址。