Распределение памяти фиксированными разделами

Самым простым способом управления оперативной памятью является разделение ее на несколько разделов фиксированной величины. Это может быть выполнено вручную оператором во время старта системы или во время ее генерации. Очередная задача, поступившая на выполнение, помещается либо в общую очередь (рисунок 2.9,а), либо в очередь к некоторому разделу (рисунок 2.9,б).

Рис. 2.9. Распределение памяти фиксированными разделами:  а - с общей очередью; б - с отдельными очередями

Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи:

• сравнивая размер программы, поступившей на выполнение, и свободных разделов, выбирает подходящий раздел,

• осуществляет загрузку программы и настройку адресов.

При очевидном преимуществе - простоте реализации - данный метод имеет существенный недостаток - жесткость. Так как в каждом разделе может выполняться только одна программа, то уровень мультипрограммирования заранее ограничен числом разделов не зависимо от того, какой размер имеют программы. Даже если программа имеет небольшой объем, она будет занимать весь раздел, что приводит к неэффективному использованию памяти. С другой стороны, даже если объем оперативной памятимашины позволяет выполнить некоторую программу, разбиение памяти на разделы не позволяет сделать этого.

42. Распределение памяти динамическими разделами.

В этом случае память машины не делится заранее на разделы. Сначала вся память свободна. Каждой вновь поступающей задаче выделяется необходимая ей память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то задача не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача. Таким образом, в произвольный момент времени оперативная память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера. На рисунке 2.10 показано состояние памяти в различные моменты времени при использовании динамического распределения. Так в момент t0 в памяти находится только ОС, а к моменту t1 память разделена между 5 задачами, причем задача П4, завершаясь, покидает память. На освободившееся после задачи П4 место загружается задача П6, поступившая в момент t3.

Рис. 2.10. Распределение памяти динамическими разделами

Задачами операционной системы при реализации данного метода управления памятью является:

• ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указываются начальные адреса и размеры участков памяти,

• при поступлении новой задачи - анализ запроса, просмотр таблицы свободных областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения поступившей задачи,

• загрузка задачи в выделенный ей раздел и корректировка таблиц свободных и занятых областей,

• после завершения задачи корректировка таблиц свободных и занятых областей.

Программный код не перемещается во время выполнения, то есть может быть проведена единовременная настройка адресов посредством использования перемещающего загрузчика.

Выбор раздела для вновь поступившей задачи может осуществляться по разным правилам, таким, например, как "первый попавшийся раздел достаточного размера", или "раздел, имеющий наименьший достаточный размер", или "раздел, имеющий наибольший достаточный размер". Все эти правила имеют свои преимущества и недостатки.

По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод обладает гораздо большей гибкостью, но ему присущ очень серьезный недостаток - фрагментация памяти. Фрагментация - это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов). Настолько маленького, что ни одна из вновь поступающих программ не может поместиться ни в одном из участков, хотя суммарный объем фрагментов может составить значительную величину, намного превышающую требуемый объем памяти.

43. Организация оперативной памяти в MS-DOS. Основные области оперативной памяти и варианты их использования.

Основная область памяти (Основная память, англ. Conventional memory) занимает первые 640 Кбайт оперативной памяти в IBM PC-совместимых компьютерах. В эту область загружается таблица векторов прерываний (занимает 1 Кбайт), некоторые данные из BIOS (например, буфер клавиатуры), различные 16-битные программы DOS. Для них 640 Кбайт являются барьером.

Для IBM PC-совместимых компьютеров 1 Мбайт был пределом памяти, который мог адресовать процессор. CPU Intel 8088 имеет 20 адресных линий и мог обращаться к памяти до 2²⁰ = 1 Мбайт памяти. Первый мегабайт был разделен на несколько областей. Первая часть в 640 Кбайт была отведена под использование программ DOS (при этом самаоперационная система могла обращаться ко всему мегабайту памяти) и называлась основная память. В 1981 году (момент создания первого IBM PC) память в 640 Кбайт была вполне достаточна для нужд обычного пользователя. Память свыше 640 Кбайт использовалась аппаратной частью компьютера и называлась Upper Memory Area (UMA).

44. Особенности использования перемещаемых разделов при управлении оперативной памятью.

45. Физическая и математическая(виртуальная) память. Способы организации математической памяти. Сегментное распределение памяти.

46. Физическая и математическая память. Способы организации математической памяти. Сегментно-страничное распределение памяти.

47. Физическая и математическая память. Способы организации математической памяти. Страничное распределение памяти.

48. Страничная организация виртуальной памяти с использованием разделов.

49. Кэш-память. Проблема согласования данных.

50. Схема выполнения запросов в системах с кэш-памятью.

51. Основные функциональные регистры микропроцессора Pentium и их назначение.

52. Селекторные регистры микропроцессора и особенности их использования в реальном и защищенном режимах работы микропроцессора.

53. Защита памяти в ЭВМ.

Обеспечение целостности информации в ПК.

Актуальность данного вида защиты информации в ПК носит общий характер независимо от того, какая информация обрабатывается, поэтому знания и навыки обеспечения целостности необходимы всем пользователям ПК.

Прежде всего, следует знать и помнить, что угрозы целостности информации в ПК, как и в любой другой автоматизированной системе, могут быть случайными и преднамеренными. Основными разновидностями случайных угроз являются отказы, сбои, ошибки, стихийные бедствия и побочные явления, а конкретными источниками их проявления — технические средства, программы и пользователи. С учетом современного состояния технических и программных средств ПК, а также способов и средств их использования к наиболее реальным угрозам целостности информации случайного характера следует отнести ошибки пользователей. Основными из этих ошибок являются неправильные обращения к серийным компонентам программного обеспечения.

Гораздо большую опасность целостности информации в ПК представляют преднамеренные угрозы, создаваемые людьми в злоумышленных целях. Такая угроза может быть непосредственной, если злоумышленник получает доступ к ПК, и опосредованной, когда угроза создается с помощью промежуточного носителя, чаще всего с помощью дискеты. Из преднамеренных угроз наибольшее распространение получили так называемые разрушающие программные средства (РПС): электронные вирусы, черви, троянские кони и др. Они же представляют и наибольшую опасность целостности информации в ПК.

Для опознавания пользователей к настоящему времени разработаны и нашли практическое применение следующие способы:

1.      с использованием простого пароля;

2.      в диалоговом режиме с использованием нескольких паролей и/или персональной информации пользователей;

3.      по индивидуальным особенностям и физиологическим характеристикам человека (отпечатки пальцев, геометрия руки, голос, персональная роспись, структура сетчатки глаза, фотография и некоторые другие);

4.      с использованием радиокодовых устройств;

5.      с использованием электронных карточек.

Рассмотрим коротко перечисленные способы.

Распознавание по простому паролю заключается в том, что каждому зарегистрированному пользователю выдается персональный пароль, который он должен держать в тайне и вводить в ЗУ ЭВМ, при каждом обращении к ней. Специальная программа сравнивает введенный пароль с эталоном, хранящимся в ЗУ ЭВМ, и при совпадении паролей запрос пользователя принимается к исполнению. Простота способа очевидна, но очевидны и явные недостатки: пароль может быть утерян или подобран перебором возможных комбинаций, а искусный злоумышленник может проникнуть в ту область ЗУ, в которой хранятся эталонные пароли. Попытки преодолеть указанные недостатки, естественно, ведут к усложнению способа.

54. Способы защиты оперативной памяти. Защита по граничным адресам.

В современных ВМ, возможно одновременное выполнение нескольких программ.  Каждой программе предоставлено своё адресное пространство и права доступа по отношению к адресным пространствам других программ. Необходимо установить механизм защиты, обеспечивающий невмешательство одной программы, в адресное пространство другой.

 Чтобы воспрепятствовать разрушению целостности данных программы, нужно установить запрет на модифицируемость данных, со стороны другой программы. Более того, иногда нужно запретить и чтение данных.

 Рассмотрим механизмы защиты памяти:

 Защита отдельных ячеек.  В каждой ячейки памяти выделяется бит защиты, установка этого бита в единицу, запрещает запись в данную ячейку. Не типичен для современных ПК.

 Кольцевая система защиты.  Происходит разделения прав доступа на несколько уровней, каждый из уровней называется уровнем привилегий.  Предусматривают как минимум два режима работы ЦП: пользовательский и системный (его часто называют режимом супервизора – «надзирателя»).Системный уровень самый привилегированный, ему доступны все ресурсы ВМ. Переход из пользовательского режима в системный и наоборот осуществляется специальной командой. Такую систему защиты часто изображают в виде концентрических окружностей (откуда и произошло название).  В центре окружности располагают самую приоритетную системную зону, а все остальные располагают вокруг нею в порядке уменьшения приоритета.

 Метод граничных регистров.  Наиболее распространённый метод.  Реализация предполагает наличие в ЦП двух граничных регистров. Заполнение граничных регистров производится ОС при загрузке программы.  При каждом обращении к памяти проверяется, попадает ли используемый адрес в установленные границы. Такую проверку, например, можно организовать на этапе преобразования виртуального адреса в физический. При нарушении границы доступ к памяти блокируется, и формируется запрос прерывания, вызывающий соответствующую процедуру операционной системы. Запись в граничные регистры возможно только в системном режиме.

 Метод ключей защиты.  Метод позволяет организовать защиту несмежных областей памяти. Каждому блоку ставится в соответствие некоторый код, называемый ключом защиты памяти. Каждой программе, в свою очередь, присваивается код защиты программы. Условием доступа программы к конкретному блоку памяти служит совпадение ключей защиты памяти и программы, либо равенство одного из этих ключей нулю. Нулевое значение ключа защиты программы разрешает доступ ко всему адресному пространству и используется только программами операционной системы. Распределением ключей защиты программы ведает операционная система. Ключ защиты программы обычно представлен в виде отдельного поля слова состояния программы, хранящегося в специальном регистре. Ключи защиты памяти хранятся в специальной памяти. При каждом обращении к ОП специальная комбинационная схема производит сравнение ключей защиты памяти и программы. При совпадении доступ к памяти разрешается. Действия в случае несовпадения ключей зависят от того, какой вид доступа запрещен: при записи, при чтении или в обоих случаях.  Если выяснилось, что данный вид доступа запрещен, то так же как и в методе граничных регистров формируется запрос прерывания и вызывается соответствующая процедура операционной системы.

55. Способы защиты оперативной памяти. Защита по ключам.

Смотри вопрос 54.

56. Способы защиты оперативной памяти. Защита по битам управления.

Смотри вопрос 54.

57. Понятие колец защиты и уровней привилегий. Защита памяти на основе этих понятий.

58. Способы вызова процедур в защищенном режиме микропроцессора Intel.

59. Понятие шлюза. Использование шлюзов при передаче управления в ЭВМ типа IBM PC.

60. Система прерываний и её место в современных вычислительных системах.

61. Система прерываний в ЭВМ типа IBM PC. Прерывания и исключения. Виды исключений.

62. Система прерываний в ЭВМ типа IBM PC. Порядок обработки прерываний и исключений.

63. Функционирование системы прерываний в реальном режиме работы микропроцессора.

64. Функционирование системы прерываний в защищённом режиме работы микропроцессора.

65. Маскирование в современных системах прерываний. Назначение и способы реализации.