x86 CPU 可以在用户模式下读取任何寄存器的值吗？答案

【问题标题】：Can an x86 CPU read the value of any register while in user mode?x86 CPU 可以在用户模式下读取任何寄存器的值吗？
【发布时间】：2019-08-23 03:40:34
【问题描述】：

我读到有一些寄存器在 x86 CPU 处于用户模式时无法修改（我相信这些寄存器被称为“特权寄存器”）。

但是 x86 CPU 可以在用户模式下读取这些寄存器的值，还是不允许读取？

【问题讨论】：

标签： assembly x86 cpu-registers elevated-privileges instruction-set

【解决方案1】：

可用的寄存器在当前Intel x64-x32-Architectures.Software.Developer.Manual的Section 3.2和Section 3.4中描述。

一般来说，不是所有的寄存器都可以从用户模式读取，甚至更少可以从用户模式写入。

例如，EFLAGS 寄存器可以从 User Mode 完全读取，但所有 System Flags 和 IOPL Field(s) 从 Section 3.4.3.3 无法从用户模式写入。

【讨论】：

【解决方案2】：

您通常用于计算的所有寄存器都可以在任何模式下读取/写入（GP 整数、x87/MMX、XMM/YMM/ZMM 和 AVX512 k0-7 掩码寄存器），但是有许多寄存器是基本上是模式/控制设置。一些“特殊”寄存器可以写入用户空间，如段寄存器、MPX bnd 寄存器。

在用户模式（权限级别> 0）下无法读取或写入以下寄存器：

所有 MSR 寄存器。其中包括 MTRR。可以使用WRMSR/RDMSR 以外的指令访问某些寄存器。这样的寄存器可以在用户模式下访问。例如，内核可能允许用户代码使用 WRPMC 和 RDPMC 指令访问 PMC 寄存器。
GDTR、IDTR、LDTR 和 TR。
控制寄存器 CR0-15。但是，在 Intel 处理器上，如果 CR4.UMIP = 0，则可以使用 SMSW 读取 CR0。在 AMD 处理器上，CR4.UMIP 不可用，SMSW 可以在任何特权级别无条件地执行。
调试寄存器 DR0-15。
在 80486 上测试寄存器 TR3-7，在 80386 上测试 TR6-7。

EFLAGS 寄存器允许的修改有点复杂，如英特尔手册第 2 卷所述：

在受保护、兼容或 64 位模式下运行时权限级别大于 0，但小于等于 IOPL，所有除了 IOPL 字段和 RF、IF、VIP、VIF 和虚拟机；这些不受影响。 AC 和 ID 标志只能修改如果操作数大小属性为 32。中断标志 (IF) 为只有在至少与 IOPL。如果执行 POPF/POPFD 指令时没有足够的特权，不会发生异常，但特权位不会改变。

在虚拟 8086 模式 (EFLAGS.VM = 1) 下运行时虚拟 8086 模式扩展 (CR4.VME = 0)，POPF/POPFD 指令只能在 IOPL = 3 时使用；否则，一个发生一般保护异常 (#GP)。如果虚拟 8086 模式启用扩展（CR4.VME = 1），POPF（但不是 POPFD）可以在 IOPL

【讨论】：

作为一个例外，cr0 的下半部分可以使用rmsw 从用户空间读取。