Защита памяти. Защита памяти в системе Pentium

Защита памяти — это еще одна важная задача операционной системы, которая состоит в том, чтобы не позволить выполняемому процессу записывать или читать данные из памяти, назначенной другому процессу. Эта функция, как правило, реализуется программными модулями ОС в тесном взаимодействии с аппаратными средствами.

В Windows предусмотрено четыре основных способа защиты памяти:

· Доступ ко всем общесистемным структурам данных и пулам памяти, используемым системными компонентами режима ядра, возможен лишь из режима ядра — у потоков пользовательского режима нет доступа к соответствующим страницам. Когда поток пользовательского режима пытается обратиться к одной из таких страниц, процессор генерирует исключение, и диспетчер памяти сообщает потоку о нарушении доступа.

· У каждого процесса имеется индивидуальное закрытое адресное пространство, защищенное от доступа потоков других процессов. Исключение составляют те случаи, когда процесс разделяет какие-либо страницы с другими процессами или когда у другого процесса есть права на доступ к объекту «процесс» для чтения и/или записи, что позволяет ему использовать функции ReadProcessMemory и WriteProcessMemory. Как только поток ссылается на какой-нибудь адрес, аппаратные средства поддержки виртуальной памяти совместно с диспетчером памяти перехватывают это обращение и транслируют виртуальный адрес в физический. Контролируя трансляцию виртуальных адресов, Windows гарантирует, что потоки одного процесса не получат несанкционированного доступа к страницам другого процесса.

· Кроме косвенной защиты, обеспечиваемой трансляцией виртуальных адресов в физические, все процессоры, поддерживаемые Windows, предоставляют ту или иную форму аппаратной защиты памяти (например доступ для чтения и записи, только для чтения и т. д.); конкретные механизмы такой защиты зависят от архитектуры процессора. Например, страницы кода в адресном пространстве процесса помечаются атрибутом «только для чтения», что защищает их от изменения пользовательскими потоками.

· Наконец, совместно используемые объекты «раздел» имеют стандартные для Windows списки контроля доступа (access control lists, ACL), проверяемые при попытках процессов открыть эти объекты. Таким образом, доступ к разделяемой памяти ограничен кругом процессов с соответствующими правами. Когда поток создает раздел для проецирования файла, в этом принимает участие и подсистема защиты. Для создания раздела поток должен иметь права хотя бы на чтение нижележащего объекта «файл», иначе операция закончится неудачно.

Как схема виртуальной памяти, так и система защиты на Pentium близка по модели к системе MULTICS. Система Pentium поддерживает четыре уровня защиты, где уровень 0 является наиболее привилегированным, а уровень 3 — наименее привилегированным. Они показаны на рисунке. В каждый момент времени работающая программа находится на определенном уровне, что отмечается 2-битовым полем в его регистре слова состояния программы (PSW). Каждый сегмент в системе также имеет свой уровень. До тех пор пока программа сама ограничивает использование сегментов на своем собственном уровне, система прекрасно работает. Разрешаются попытки получения доступа к данным высшего уровня. Попытки доступа к данным более низкого уровня запрещены и вызывают прерывания. Попытки вызвать процедуры различного уровня (более высокого или низкого) позволяются, но тщательно контролируемым образом. Чтобы сделать межуровневый вызов, инструкция CALL должна содержать селектор вместо адреса. Этот селектор определяет дескриптор, называемый шлюзом вызова (call gate), который передает адрес вызываемой процедуры. Таким образом, перепрыгнуть в середину произвольного сегмента кода другого уровня невозможно. Могут использоваться только официальные точки входа. Типичное использование уровней: на уровне 0 находится ядро операционной системы, занимающееся обработкой операций ввода-вывода, управлением памятью и другими наиболее важными вопросами. На уровне 1 – обработчик системных вызовов. На этом уровне пользовательские программы могут обращаться к процедурам для выполнения системных вызовов, но только к определенному и защищенному списку процедур. Уровень 2 содержит библиотечные процедуры, возможно, совместно используемые несколькими запущенными программами. Пользовательские программы могут вызывать эти процедуры и читать их данные, но не могут их изменять. И наконец, пользовательские программы работают на уровне 3, который имеет наименьшую степень защиты.

Дата добавления: 2015-06-25