Защита памяти

МП 80386 обеспечивает защиту памяти на уровне сегментов и на уровне страниц. Это разные методы защиты. Защита на уровне сегментов основана на использовании битов поля DPL дескриптора сегмента. Значение этого поля определяет уровень приоритета сегмента: 0 -самый высокий уровень (сегмент «наиболее защищён»), 1, 2 и 3. Эти уровни так же называются кольцами защиты. Основное правило защиты заключается в том, что код расположенный в сегменте с более низким уровнем приоритета не может получить доступ к данным (или коду), расположенным в сегменте с более высоким приоритетом. Пользовательские программы размещаются в сегментах с DLP > 0. Системные структуры, включая дескрипторные таблицы и таблицы страниц, располагаются в сегментах с DLP = 0. Защищённый код операционной системы так же располагается в сегментах с наивысшим уровнем привилегий. Этот код может модифицировать системные структуры и содержать привилегированные инструкции МП, которые используются для изменения содержимого служебных регистров. Пользовательское программное обеспечение может получить доступ к защищённым данным и коду, только под контролем операционной системы. Защита на уровне сегментов использует четыре уровня приоритетов. В механизме защиты памяти на уровне страниц применяется только два уровня. Для защиты страниц используются биты U/S и R/W записей таблиц страниц. Если бит U/S сброшен, страница относится к классу supervisor. Такая страница доступна только из 0-го кольца защиты. Если значение бита R/W равно 0, страница из любого кольца доступна только для чтения. В 32-х разрядных ОС Windows применяется двухуровневая схема защиты.

Пользовательские приложения Win32 размещаются в сегментах (DPL = 3) покрывающих всё адресное пространство процессора. Однако, страницы в которых размещаются системные данные и код защищены от пользовательских приложений (U/S = 0). К этим страницам может обращаться только системное ПО размещённое в сегментах с DPL = 3. Сегменты с уровнями привилегий DPL = 1 и DPL = 2 не используются.

3.6. Расширение памяти за счёт дискового пространства.

Оперативная память вычислительной системы, как правило, занимает незначительную часть адресного пространства. Однако современное программное обеспечение, например, системы управления базами данных или обработки изображений требует для нормальной работы значительных объемов памяти. В мультизадачной операционной системе память расходуется на все параллельно работающие приложения. Объем памяти может быть существенно увеличен с помощью механизма трансляции страниц. В оперативной памяти можно располагать только необходимые в данный момент страницы. Остальные страницы могут быть временно сохранены на жёстком диске. Эта выгрузка страниц на диск производится операционной системой, в случае если ресурсы оперативной памяти исчерпаны. Бит присутствия (P) в записях таблиц станиц (PTE) используется для организации загрузки страницы с диска в оперативную память по запросу. Если страница находится в физической памяти бит P установлен в единицу и запись PTE содержит адрес страницы в памяти. Если страница находится на диске, бит P сброшен, и запись PTE содержит ссылку на месторасположения страницы на диске, вместо её адреса. При попытке обращения к не присутствующей в оперативной памяти странице процессор вырабатывает исключение (page fault exception). Исключение приводит к передаче управления по заранее определённому операционной системой адресу. Вызывается программа обработчик исключения. Обработчик загружает страницу в оперативную память по какому либо физическому адресу и корректирует запись в таблице страниц. После этого обработчик возвращает управление и операция, которая привела к исключению, повторяется. Операционная система также отвечает за выгрузку страниц на диск для освобождения памяти. При этом каждый раз выбирается страница, обращение к которой производилось наиболее давно. Схема загрузки страниц по запросу приводится на рисунке 6.

Рисунок 6. Обработка исключения при обращении к памяти.

Дата добавления: 2014-01-07