2 Страничное преобразование адреса.
а) Одноэтапное преобразование адреса.
Лист 2
Рисунок 56 - Одноэтапное преобразование адреса.
Старшие 20 бит 32 разрядного линейного адреса (номер виртуальной страницы) служит для входа в таблицу страниц, где заменяются 20 битным физическим адресом страницы. Младшие 12 бит линейного адреса определяют положение байта внутри страницы (смещение в странице и остаются неизменными.
б) Двухэтапное преобразование адреса
Рисунок 57 - Двухэтапное преобразование адреса
Основой выступает регистр управления CR3, который называется базовым регистром каталога страниц PDBR и содержит 20 битный физический базовый адрес каталога. Младшие 12 бит регистра нулевые, поэтому каталог страниц выровнен на границу страниц в 4К. Каталог страниц – это корневая таблица страниц первого уровня, которую формирует операционная система при делении ОП на страницы. Каталог содержит 1024 32-х битных дескриптора, называемых элементами каталога страниц PDE – Page directory entry. Каждый из PDE адресует таблицу страниц второго уровня. Каждая из таблиц страниц (их может быть 1024) содержит 1024 32-х битных дескриптора, называемых элементами таблиц страниц PTE – Page Table Entry. Каждый из PTE адресует страничный кадр в физической ОП. Преобразование линейного адреса в физический происходит в 2 этапа.
1 этап: старшие 10 бит (31-22) линейного адреса, дополненные 2 младшими нулями, выбирают элемент каталога страниц PDE.
2 этап: Средние 10 бит линейного адреса (21-12), дополненные 2 младшими нулями, выбирают элемент таблицы страниц PTE. В PTE старшие 20 бит указывают базовый адрес страничного кадра в физической ОП, которые объединяются с младшими 12 битами (11-0) линейного адреса (смещения
байта в странице). В результате получается 32 битный физический адрес памяти, по которому производится обращение.
Для ускорения считывания применяется внутренняя кэш память, называемая ассоциативным буфером преобразования TLB, который контролируют регистры проверки TR6-TR7 (см. выше).
3 Формат элемента таблицы страниц pte
Рисунок 58 - Формат элемента таблицы страниц PTE
Форматы элементов PTE и PDE – одинаковы
Адрес страничного кадра – физический адрес страницы (20 бит)
В PDE этот адрес является адресом таблицы страниц второго уровня.
Поле Дост. (3 бита) – биты, доступные программисту.
Бит P – бит присутствия. P=1, страница находится в физической ОП, P=0 – на HDD.
R/W – бит чтения / записи
U/S – пользователь/супервизор – 1 бит для контроля привилегий. Если 0 - супервизор, иначе – пользователь
PCD – запрещает кэширование страниц.
PWT – запрещает сквозную запись в кэш l2
PCD, PWT – берутся из CR3
A – бит обращения
D – dirty – грязный бит. Он решает, нужно ли обращаться за страницей на диск или нет. То есть если P=0, то D=1. При P=1 D=0.
Тема 4.4 Защита по привилегиям
1) Уровни привилегий
PL – Privilege level
В ПК для целей защиты есть минимум 2 режима:
1. Системный режим – режим супервизора
2. Пользовательский режим – режим пользователя
В режиме супервизора работают процедуры ОС, которым доступны все ресурсы системы.
А в пользовательском режиме программам запрещается выполнение некоторых команд, которые влияют на общесистемные ресурсы. К ним относятся: команды ввода/вывода, манипуляции системными регистрами, управления прерываниями.
На уровне сегментов принцип защиты по привилегиям расширен до 4-х уровней. Средства защиты должны предотвращать неразрешённые взаимодействия пользователей друг с другом, несанкционированный доступ пользователей к данным, повреждение программ и данных из-за ошибок в программе и так далее. Чем меньше номер уровня, тем он более привилегирован. Уровни привилегий принято представлять в виде колец защиты. При выполнении каждой команды осуществляется проверка защиты по привилегиям.
Рисунок 59 - Кольца защиты
Нулевой уровень (00) – ядро ОС.
Первый (01) – процедуры ОС.
Второй (10) – система программирования
Третий (11) – прикладные программы
К привилегированным относятся те команды, которые изменяют сегментацию, решают вопрос о разрешении прерывания в данный момент и так далее.
Пользовательские программы в мультизадачной среде обычно разделяют свои данные. Движение к данным внутрь колец защиты запрещено. Это нарушит общую защиту. Однако программы могут использовать данные на своём уровне привилегий и на менее привилегированных уровнях.