20. Защита по привилегиям команд:

Под привилегированными командами понимаются команды, которые исполняются только в тех программах, которые имеют соответствующий уровень привилегий. Так, в системе команд процессоров семейства iAPХ86 имеются ряд команд, которые выполняются только в программах, находящихся на нулевом уровне привилегий. К ним относятся, например, команды:

• HLT – останов процессора;

• CLTS – сброс флага переключения задач;

• LGDT, LIDT, LLDT – загрузка регистров дескрипторных таблиц;

• LTR – загрузка регистра задачи;

• LMSW – загрузка слова состояния машины.

Кроме того, в эту же группу входят команды, связанные с загрузкой или считыванием системных регистров общего управления CR_i, регистров отладки DR_i и регистров тестирования TR_i.

Ко второй группе привилегированных команд относятся команды, которые связаны с управлением обмена информацией между процессором и периферийными устройствами. К ним относятся команды:

• CLI – запрещение прерываний (установка флага IF в 0);

• STI – разрешение прерываний (установка флага IF в 1);

• IN, INS – ввод данных из входного порта;

• OUT, OUTS – вывод данных в выходной порт.

Для того чтобы эти команды исполнялись, программа не обязательно должна находиться на нулевом уровне привилегий. Привилегированность их заключается в том, что для возможности их исполнения программа должна находиться на уровне привилегий не ниже, чем это определено в битах поля IOPL в регистре флагов EFLAGS. Таким образом, поле IOPL определяет уровень привилегий операций ввода/вывода в процессоре. Для выполнения этих команд необходимо, чтобы CPL численно был меньше или равен коду, занесенному в поле IOPL (12 и 13 биты регистра EFLAGS). Поэтому, часто этот тип команд называют IOPL – sensitive (IOPL – чувствительными) командами.

При этом, изменение самого поля IOPL возможно командами только тех программ, которые находятся в сегментах, обладающих наивысшим уровнем привилегий (PL = 0).

Использование таких привилегированных, IOPL – чувствительных команд, дает возможность защитить подсистему прерываний и подсистему ввода/вывода компьютера от несанкционированного запуска.

Однако следует иметь в виду, что команды ввода/вывода для некоторых портов могут выполняться и при условии CPL ≥ IOPL. Это может произойти тогда, когда номера этих портов включены в битовую карту разрешения ввода/вывода (БКВВ). Эта битовая карта разрешения ввода/вывода (I/O Permission Bit Map) расположена в конце сегмента состояния задачи TSS (Task State Segment), и состояние каждого бита в ней управляет разрешением использования соответствующего порта ввода/вывода (1 – запрещено, 0 – разрешено).

21. Принципы организации многозадачного режима работы:

Под мультизадачностью или многозадачностью понимается способность компьютера выполнять несколько задач одновременно. Задачей, в общем случае, называют последовательность взаимосвязанных действий, ведущих к достижению некоторой цели. В более конкретном случае, связанном с компьютерной техникой, под задачей понимается программа и, связанные с ней данные, которая выполняется или ожидает выполнения, пока выполняется другая программа. Другими словами, задачами считаются программы, загруженные в оперативную память компьютера. Та задача, которая выполняется в данный момент, т.е. текущая программа называется процессом. В определение задачи часто включаются и ресурсы процессора, которые требуются для выполнения этой задачи, т.е. для достижения поставленной цели: объем требуемой для решения задачи памяти, необходимые регистры, требуемое время для ее выполнения и т.п. Дескрипторы всех сегментов и шлюзов одной задачи обычно объединяются в одной локальной дескрипторной таблице (LDT) с целью усиление защиты данной задачи от посторонних нежелательных воздействий.

Конечно, обычный процессор не может, строго говоря, одновременно выполнять более одного командного потока. Однако он может выполнять несколько задач попеременно, быстро переключаясь с одного командного потока на другой. Поскольку быстродействие современных процессоров очень велико, для пользователей создается впечатление одновременного выполнения множества задач.

Впервые мультизадачность была организована довольно давно, еще в эпоху преобладания больших компьютеров общего назначения. Главной целью введения многозадачного режима в то время было эффективное использование дорогостоящих компьютеров многими пользователями одновременно, в режиме разделения времени. Однако она осуществлялась чисто программным путем с помощью специальных операционных систем с разделением времени. К настоящему времени многозадачность получила очень широкое распространение и по другим причинам, причем многие ее функции стали поддерживаться и аппаратно. В качестве основных областей, в которых мультизадачность эффективно используется в настоящее время, можно назвать следующие области.

1. При управлении технологическими процессами, металлообрабатывающими станками с числовым программным управлением, автоматизацией научно-производственных исследований и т.п. В этом случае, компьютер должен практически одновременно:

а) собирать сведения о состоянии управляемого процесса, причем сведения из разных блоков системы, и к тому же разного характера;

б) обрабатывать полученную информацию;

в) сравнивать ее с заданными параметрами и, в конечном счёте;

г) выдавать соответствующие управляющие сигналы на управляемый объект.

Все эти действия могут быть организованы как отдельные задачи, решаемые практически одновременно в режиме мультизадачности.

2. Мультизадачность может быть применена для эффективного использования дорогостоящего оборудования. Центральный компьютер в системе обработки информации часто имеет весьма качественное и дорогостоящее оборудование, дублировать которое дорого и нецелесообразно. К ним, например, относятся быстродействующие и высококачественные принтеры, дисковые накопители большой емкости, накопители на магнитной ленте, которые целесообразно разделять между несколькими пользователями для обслуживания по очереди.

3. Мультизадачность может с успехом применяться для эффективной поддержки группы людей, работающих над совместным проектом. Центральный компьютер обеспечивает простое и управляемое разделение программ, работу с общей базой данных, взаимодействие между пользователями и обработку транзакций.

4. Мультизадачность создает ощутимые удобства и для одного пользователя, работающего на персональном компьютере. Вызвав в оперативную память несколько задач, пользователь может быстро и удобно переключаться с одной задачи на другую. Например, одна задача – обработка текста, другая – расчеты по электронным блокам, третья – формирование графических изображений, четвертая – использование базы данных и т.п. Каждой задаче выделяется свое окно с соответствующей областью памяти в ОЗУ.