存储保护的重要性及实现.doc

存储保护的重要性及实现存储管理是操作系统十分重要的一项工作。存储管理的主要任务是管理主存资源，为多道程序运行提供有力的支撑，提高存储空间的利用率。很多人都认为主存分配地址转换应该是存储管理的重中之重，其他如存储保护主存共享应是细枝末节。但是我认为存储保护也应该是存储管理中非常重要的一部分。计算机系统资源为一同执行的多个用户程序所共享。就主存来说，它同时存有多个用户的程序和系统软件。为使系统正常工作，必须防止由于一个用户程序出错而破坏同时存在主存内的系统软件或其他用户的程序，还须防止一个用户程序不合法地访问并非分配给它的主存区域。因此，存储保护是多道程序和多处理机系统必不可少的部分，也是存储管理中非常重要的一部分。当多个用户共享主存时，应防止由于一个用户程序出错而破坏其他用户的程序和系统软件,以及一个用户程序不合法地访问不是分配给它的主存区域。在多道程序系统中，内存中既有操作系统，又有许多用户程序。为使系统正常运行，避免内存中各程序相互干扰，必须对内存中的程序和数据进行保护。可以从以下两个方面进行。1、防止地址越界对进程所产生的地址必须加以检查，发生越界时产生中断，由操作系统进行相应处理。2、防止操作越权对属于自己区域的信息，可读可写；对公共区域中允许共享的信息或获得授权可使用的信息，可读而不可修改；对未获授权使用的信息，不可读、不可写。主存保护是存储保护的重要环节。主存保护一般有存储区域保护和访问方式保护。存储区域保护可采用界限寄存器方式，由系统软件经特权指令给定上、下界寄存器内容，从而划定每个用户程序的区域，禁止越界访问。 界限寄存器方式只适用于每个用户程序占用一个或几个连续的主存区域，而对于虚拟存储器系统，由于一个用户的各页离散地分布于主存内，就需要采用键式保护和环状保护等方式。键式保护是由操作系统为每个存储页面规定存储键，存取存储器操作带有访问键，当两键符合时才允许执行存取操作，从而保护别的程序区域不被侵犯，环状保护是把系统程序和用户程序按重要性分层，称为环，对每个环都规定访问它的级别，违反规定的存取操作是非法的，以此实现对正在执行的程序的保护。下面详细解说下各种情况下的存储保护。分页存储管理中的信息保护可从两个方面实现，一个方面是在进行地址变换时，产生的页号应小于页表长度，否则视为越界访问，这类似于基址-限长存储保护；另一方面，可在页表中增加存取控制和存储保护的信息，对每一个存储块，可允许四种保护方式：禁止任何操作；只能执行；只能读；能读/写。当要访问某页时，先判断该页的存取控制和存储保护信息是否允许。分段存储管理系统的保护可采用如下几种措施:(1)在段表中设置一个段长值，以指明该段的长度。当存储访问时，段地址的位移量与段长相比较，如超过段长，便发出越界中断信号。 (2) 建立存取控制,在段表的每个表目中，还增加存取方式项。(3) 采用存储保护键。 在一个段式存储管理系统中，通过在段表中施加段长、存取控制、设置存储保护键等，可提供一个多级的存储保护体系。在虚拟存储系统中，通常采用页表保护、段表保护和键式保护方法。1. 页表保护和段表保护 每个程序的段表和页表本身都有自己的保护功能。每个程序的虚页号是固定的，经过虚地址向实地址变换后的实存页号也就固定了。那么不论虚地址如何出错， 也只能影响到相对的几个主存页面。不会侵犯其他程序空间。段表和页表的保护功能相同，但段表中除包括段表起点外，还包括段长。2. 键保护方式 这种方法是为主存的每一页配一个键，称为存储键，每个用户的实存页面的键都相同。为了打开这个锁,必须有钥匙，称为访问键。访问键赋予每道程序，并保存在该道程序的状态寄存器中。当数据要写入主存的某一页时，访问键要与存储键相比较。若两键相符，则允许访问该页，否则拒绝访问。 3. 环保护方式 环保护方式可以做到对正在执行的程序本身的核心部分或关键部分进行保护。它是按系统程序和用户程序的重要性及对整个系统的正常运行的影响程度进行分层，每一层叫做一个环。在现行程序运行前由操作系统定好程序各页的环号，并置入页表中。然后把该道程序的开始环号送入CPU的现行环号寄存器。程序可以访问任何外层空间；访问内层空间则需由操作系统的环控例行程序判断这个向内访问是否合法。存储保护一般以硬件保护机制为主，软件为辅，因为完全用软件实现系统开销太大，速度成倍降低。当发生越界或非法