2. 34 Захист пам’яті. Рівні привілеїв. Особливості захисту сегментів даних, стеку, коду та пристроїв введення/виведення.
Под защитой памяти понимается система правил, которые на аппаратном уровне регламентируют доступ к данным и командам в памяти в зависимости от их уровня защищенности и уровня привилегированности.
В микропроцессоре реализовано 4 уровня привилегий:
-0 - высший;
-1;
-2;
-3 - низший.
Защита памяти имеет дело с такими понятиями:
DPL (Descriptor Privilege Level) – уровень привилегированности сегмента. Находится в байте доступа дескриптора сегмента (биты 5-6).
RPL (Request Privilege Level) – запрашиваемый уровень привилегий. Находится в сегментном регистре (биты 0-1).
CPL (Current Privilege Level) – текущий уровень привилегий. Хранится в поле RPL регистра сегмента кода (CS).
Правила зашиты памяти:
1. Доступ к сегментам данных:
max (CPL, DPL) <= DPL.
Если принять CPL=RPL, то CPL <= DPL.
Т.е. уровень привилегий текущей задачи должен быть не ниже уровня привилегий необходимого сегмента данных.
2. Доступ к сегментам стека:
CPL=RPL=DPL.
Т.е. можно обращаться только к стеку с таким же уровнем привилегий, как и у текущей задачи.
3. Доступ к сегментам кода:
Для доступа к сегментам кода используются межсегментные команды JMP, CALL, RET.
а). Всегда одна программа может вызвать другую, если они находятся в одном кольце защиты.
б). Никогда программа с более высоким уровнем привилегий не может вызвать программу с более низким уровнем привилегий. Только в многозадачном режиме программа любого уровня может вызвать программу любого другого уровня.
в). Кроме двух описанных ниже случаев, программа с более низким уровнем привилегий не может вызвать программу с более высоким уровнем привилегий:
- вызов подчиненных программ (т.е. программ, которые имеют бит С=1 в байте доступа). Поле CPL не меняется.
- вызов программ через шлюз вызова. Допускается доступ не ко всей программе, а только к определенной разрешенной точке программы. Эта точка называется шлюзом. При этом программа будет работать на более высоком уровне привилегий.
Правила доступа для шлюзов:
Max (CPL, RPL) <= DPL шлюза.
Но CPL >= DPL вызываемой программы.
2.35. Апаратні засоби підтримки багатозадачної роботи мікропроцесора. Структура аблиці стану задач. Алгоритми та механізми переключення задач.
Многозадачность имеет следующие аппаратные средства поддержки:
1. Каждая задача должна иметь свой сегмент состояния TSS (Task State Segment):
Минимальный размер TSS – 104 байта.
Последние две строки – необязательная информация.
Бит Т – бит трассировки.
Селектор возврата содержит селектор той задачи, которая вызвала данную по команде CALL.
Содержимое регистров МП, которое хранится в TSS данной задачи, называется контекстом задачи.
2. Каждый TSS должен иметь свой дескриптор.
Формат байта доступа дескриптора TSS:
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
P |
DPL |
0 |
1 |
0 |
B |
1 |
|
Если задача была вызвана, то B(Busy)=1. Если B=1, то задачу вызвать нельзя. Поэтому рекурсивный вызов задач невозможен.
3. Регистр задач TR (Task Register): в нем хранится селектор TSS текущей задачи.
Механизм переключения задач:
Переключение задач осуществляется межсегментными командами JMP, CALL, IRET.
JMP <селектор> <смещение>
CALL <селектор> <смещение>
1. Микропроцессор (МП) из регистра TR определяет адрес TSS текущей задачи и переписывает в TSS содержимое регистров текущей задачи (контекст задачи).
2. Для команд JMP и CALL МП берет селектор из команды, а для команды IRET – селектор из поля возврата TSS. Селектор загружается в регистр TR => текущей становится новая задача.
3. По селектору МП находит в памяти TSS новой задачи. Из TSS МП загружает регистры новым содержимым. Это называется переключением контекста задачи.
4. Поле <смещение> не используется.
5. В новой задаче устанавливается бит B(Busy)=1. Если была команда JMP или IRET, то бит В предыдущей задачи сбрасывается. При CALL – не сбрасывается (т.к. задача не может вызвать саму себя). Рекурсия запрещена, т.к. каждая задача имеет только один TSS. При рекурсии мы потеряем старое содержимое TSS. Но внутри задачи рекурсия разрешена.
6. В регистре CR0 есть бит TS (Task Switched). При любом переключении задач бит TS устанавливается в 1. Если при этом встретится программа сопроцессора, то вызывается исключение №7 (FPU недоступен). Бит TS аппаратно не сбрасывается. Поэтому каждая задача должна сама сбрасывать бит TS.
7. При выполнении команды CALL устанавливается бит NT (Nesting Task) в поле регистра флагов TSS. Если NT=1, то команда IRET выполняет действия, описанные выше. Если NT=0, то IRET выполняется обычным образом.