在 x86 保護模式下，控制轉移是系統程式設計的核心。本文系統闡述同一任務內的控制轉移，重點剖析段間轉移的特權級檢查機制，為理解呼叫門、中斷門、任務切換奠定基礎。
控制轉移分類
- 任務內轉移： 段內轉移（JMP/CALL/RET 近轉移）、同特權級段間轉移、跨特權級段間轉移。
- 任務間轉移： 任務切換（透過 TSS、任務門）。
段內轉移不涉及特權級變更，類似實模式。所有特權級檢查與保護機制，均發生在段間轉移中。
段間轉移指令與目標地址指標
具備段間轉移功能的指令：JMP FAR、CALL FAR、RET FAR、INT n、IRET、異常/中斷處理。
- 16 位代碼段： 目標指標 = 16 位選擇子 + 16 位偏移（32 位指標）。
- 32 位代碼段： 目標指標 = 16 位選擇子 + 32 位偏移（48 位全指標）。
直接 vs 間接轉移
- 直接轉移： 指令中直接包含目標代碼段選擇子與偏移。選擇子指向代碼段描述符。
- 間接轉移： 指令中選擇子指向門描述符（呼叫門、中斷門、陷阱門、任務門）或 TSS 描述符。偏移部分被忽略。
處理器執行段間轉移的核心步驟
- 檢查選擇子非空（索引 ≠ 0，即非 GDT 第 0 項空描述符）。
- 根據選擇子 TI 位，從 GDT 或 LDT 讀取描述符。
- 驗證描述符類型正確性（必須為代碼段或門類型），調整 RPL。
- 將目標代碼段描述符資訊載入 CS 隱藏快取暫存器（段基址、界限、屬性、DPL）。
- 檢查偏移是否超出代碼段界限。
- 載入 CS（選擇子）與 EIP；CPL 更新為選擇子 RPL 欄位值。
載入 CS 快取時的保護檢查（核心邏輯）
設目標代碼段描述符 DPL = 目標特權級，當前 CPL = 當前特權級，選擇子 RPL = 請求特權級。
非一致代碼段
- CPL = DPL（只能同級轉移）
- RPL ≤ DPL（請求特權級不得高於目標）
違反任一條件 → #GP(選擇子)。
一致代碼段
- CPL ≥ DPL（當前特權級數值不小於目標，即權限不高於目標）
- RPL 不檢查（隱含滿足）
一致代碼段允許低特權程式呼叫高特權庫常式，不改變 CPL，在呼叫者特權級下執行，實現共享庫機制。
通用檢查
- 段必須存在（P=1），否則 #NP(選擇子)。
- 描述符類型必須為代碼段。
任務內無特權級變換的轉移實現
指 CPL 保持不變的段間轉移。
1. 直接 JMP / CALL
- 目標為代碼段描述符。
- 滿足上述非一致段 CPL=DPL、RPL≤DPL 或一致段 CPL≥DPL。
CALL 會壓入返回指標（CS:EIP），JMP 不壓棧。- 無法跨特權級（CPL 不變）。
2. 直接 RET FAR
- 從棧彈出目標指標，選擇子指向代碼段。
- 需滿足 RPL = CPL（返回目標必須同級）。
- 配對同級
CALL 使用。
3. 透過門機制
呼叫門、中斷門等可實現同級轉移，詳細留待後續文章。
載入資料段/堆疊段暫存器的特權檢查
指令：MOV Sreg, selector、POP Sreg、LDS/LES/LFS/LGS/LSS、任務切換時自動載入。
資料段暫存器 (DS, ES, FS, GS)
- 選擇子非空。
- 描述符類型：資料段、可讀代碼段、一致可讀代碼段。
- CPL ≤ DPL 且 RPL ≤ DPL（數據段/可讀代碼段）。
- 段存在（P=1）。
堆疊段暫存器 (SS)
- 選擇子非空。
- 描述符類型：可讀寫資料段（必須可寫）。
- CPL = DPL = RPL（三者完全相等，嚴格同級）。
- 段存在（P=1）。
違反即觸發 #GP 或 #SS 異常。
範例三：任務內同級轉移演示（含 LDT 使用）
本範例展示完整流程：實模式初始化 GDT/LDT → 進入保護模式 (CPL=0) → 載入 LDTR、建立堆疊 → 同級段間 JMP (K→L) → 同級 CALL 子程序 (L→C 顯示/轉換) → 同級 JMP 返回 (L→K) → 回實模式。
關鍵結構設計
- GDT： 空描述符、Normal 段、代碼段 K、LDT 描述符。
- LDT (任務私有)： 代碼段 L、代碼段 C、顯示緩衝區段、LDT 別名段 (DPL=3)、訊息資料段 (DPL=3)、堆疊段。
- 選擇子計算：
CodeL_Sel = CodeL - LDT + TIL (TI=1) 等。
LDT 基址初始化細節
LDT 位於獨立段，其描述符基址需在實模式下計算並填入 GDT 的 LDT 描述符。範例提供 Init_MLDT 程序，將 LDT 內所有描述符的基址從段相對轉為線性位址（段值×16+偏移）。
返回實模式前的段快取修復
代碼段 K 結束前，將 Normal_Sel 載入 ES/FS/GS/SS，確保這些段快取的界限=0xFFFF、屬性符合實模式預期。不能從 32 位代碼段直接返回實模式，因 32 位代碼段描述符 D=1，實模式無法修改段屬性，會導致後續實模式代碼執行錯誤。
總結
保護模式控制轉移的核心在於描述符類型檢查與特權級比較規則。同級轉移相對簡單，但跨特權級轉移（呼叫門、中斷門、任務門）才是作業系統實現系統呼叫、中斷處理、多任務的關鍵，將在下篇詳細剖析。
