22. Методы защиты памяти: метод граничных регистров, метод ключей защиты, защита отдельных ячеек.

Метод граничных регистров:

Идея метода состоит в том, что вводят два граничных регистра, указывающих

верхнюю и нижнюю границы области памяти, куда программа имеет право доступа.

При каждом обращении к памяти проверяется, находится ли используемый адрес в установленных границах. При выходе за границы обращение к памяти подавляется и формируется запрос прерывания, передающий управление операционной системе. Содержание граничных регистров устанавливается операционной системой перед тем, как для очередной целевой программы начнется активный цикл. Если для динамического распределения памяти используется базовый регистр, то он одновременно определяет и нижнюю границу. Верхняя граница подсчитывается операционной системой в соответствии с длиной программы в ОП.

Метод ключей защиты:

П амять в логическом отношении делится на блоки. Каждому блоку памяти ставится в соответствие код, называемый ключом защиты памяти. При этом каждой программе, принимающей участие в мультипрограммной обработке, присваивается код ключа программы. Доступ программы к данному блоку памяти для чтения и записи разрешен, если ключи совпадают или один из них имеет код 0.

Метод защиты отдельных ячеек:

В небольших управляющих вычислительных устройствах, работающих, например, в составе АСУ ТП, необходимо обеспечить возможность отладки новых программ параллельно с функционированием находящихся в памяти рабочих программ, управляющих технологическим процессом. Этого можно достичь выделением в каждой ячейке памяти специального разряда защиты. Установка 1 в этот разряд запрещает производить запись в данную ячейку. Это так называемый метод контрольного разряда.

23. Поддержка мультизадачности в микропроцессорах i486+. Использование сегмента состояния задачи.

В процессорах i486+ поддерживается аппаратные средства мультизадачности. Процедура переключения задач во многом аналогична процедуре прерываний.

Мультизадачность однопроцессорной среды реализуется через механизм разделения времени, т.е. каждой задаче выделяется квант времени и создаётся иллюзия параллельности выполняющихся программ. Переключение задач в общем случае похоже на вызовы, но при этом хранится больше информации. Для поддержки мультизадачности в МП i486+ используется: TSS, дескриптор TSS, регистр задач и дескриптор шлюза задач. TSS служит для сохранения информации о задаче. Это сегмент данных для считывания и записи, к которому может обратиться только МП (доступ программы к нему запрещен). TSS определяется дескриптором.

63												32
База	000	U	Предел		Р	DPL		0	10B1	База
31				16			15				0
База							Предел

U – User. B – бит занятости (Busy) – активна ли задача в данный момент. Предел  64 Н. DPL определяет того, кто имеет возможность переключения задач (обычно = 0). Дескрипторы TSS размещается только в GDT и выбирается селектором, который находится в регистре TR.

Одновременно реализуется одна задача (процесс). Ей соответствует контекст (среда). Специальных команд переключения задач нет. Используются команды межсегментного перехода (JMP) или межсегментного вызова (CALL), а также прерывания, в том числе, особые случаи. JMP и CALL могут быть прямые — сразу с выходом на дескриптор TSS (сегмента состояния задачи) в GDT или косвенные — черезшлюз задачи ШЗ (в IDT). Переключение задач по прерываниям — только косвенное — через ШЗ. Обычный вызов подпрограммы CALL сохраняет содержимое нужных регистров в стеке, программы могут быть реентрантными (обладающими свойством повторной входимости). При переключении задач по CALL создается новая среда, содержимое EFLAGS сохраняется, но не в стеке, а в сегменте TSS. Задачи нереентрантны.

Различают два варианта сегмента TSS — 16- и 32-битный. В 16-битном размещается содержимое 8 регистров общего назначения (AX, BX, CX, DX, BP, SP, SI, DI), 4 сегментных регистров (CS, SS, DS, ES), 2 регистров IP, FLAGS, системного регистра LDT (LDTR), селектора адреса возврата («Обратная связь»), 3 пары (SS, SP) для 3 стеков. Три стека используются в связи с четырьмя уровнями (кольцами) привилегий так называемой защиты памяти по привилегиям — 0, 1, 2, 3.

Процедура переключения задач («выходящая» задача сменяется «входящей» задачей) связана с изменением содержимого системного регистра TR. Там будет находиться селектор виртуального адреса TSS. Индекс из этого селектора адресует дескриптор TSS (в GDT), сначала старый, потом — новый. Под управлением старого DTSS происходит выгрузка регистрового контекста в сегмент TSS выходящей задачи, а затем — под управлением нового DTSS — загрузка в регистры содержимого соответствующих элементов сегмента TSS входящей задачи.