存儲(chǔ)保護(hù)的重要性及實(shí)現(xiàn)

1、存儲(chǔ)保護(hù)的重要性及實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)管理是操作系統(tǒng)十分重要的一項(xiàng)工作。存儲(chǔ)管理的主要任 務(wù)是管理主存資源，為多道程序運(yùn)行提供有力的支撐，提高存儲(chǔ)空間 的利用率。很多人都認(rèn)為主存分配地址轉(zhuǎn)換應(yīng)該是存儲(chǔ)管理的重中之 重，其他如存儲(chǔ)保護(hù)主存共享應(yīng)是細(xì)枝末節(jié)。但是我認(rèn)為存儲(chǔ)保護(hù)也 應(yīng)該是存儲(chǔ)管理中非常重要的一部分。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源為一同執(zhí)行的多個(gè)用戶程序所共享。就主存 來說，它同時(shí)存有多個(gè)用戶的程序和系統(tǒng)軟件。為使系統(tǒng)正常工 作，必須防止由于一個(gè)用戶程序出錯(cuò)而破壞同時(shí)存在主存內(nèi)的系 統(tǒng)軟件或其他用戶的程序，還須防止一個(gè)用戶程序不合法地訪問 并非分配給它的主存區(qū)域。因此，存儲(chǔ)保護(hù)是多道程序和多處理 機(jī)系統(tǒng)必不可少的

2、部分，也是存儲(chǔ)管理中非常重要的一部分。當(dāng)多個(gè)用戶共享主存時(shí)，應(yīng)防止由于一個(gè)用戶程序出錯(cuò)而破壞其 他用戶的程序和系統(tǒng)軟件,以及一個(gè)用戶程序不合法地訪問不是分配 給它的主存區(qū)域。在多道程序系統(tǒng)中，內(nèi)存中既有操作系統(tǒng)，又有許 多用戶程序。為使系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免內(nèi)存中各程序相互干擾，必須 對(duì)內(nèi)存中的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行。1、防止地址越界對(duì)進(jìn)程所產(chǎn)生的地址必須加以檢查，發(fā)生越界時(shí)產(chǎn)生中斷，由操作系 統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理。2、防止操作越權(quán)對(duì)屬于自己區(qū)域的信息，可讀可寫；對(duì)公共區(qū)域中允許共享的信息或 獲得授權(quán)可使用的信息，可讀而不可修改；對(duì)未獲授權(quán)使用的信息, 不可讀、不可寫。主存保護(hù)是存儲(chǔ)

3、保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。主存保護(hù)一般有存儲(chǔ)區(qū)域 保護(hù)和訪問方式保護(hù)。存儲(chǔ)區(qū)域保護(hù)可采用界限寄存器方式，由 系統(tǒng)軟件經(jīng)特權(quán)指令給定上、下界寄存器內(nèi)容，從而劃定每個(gè)用 戶程序的區(qū)域，禁止越界訪問。界限寄存器方式只適用于每個(gè)用戶程序占用一個(gè)或幾個(gè)連續(xù) 的主存區(qū)域，而對(duì)于虛擬存儲(chǔ)器系統(tǒng)，由于一個(gè)用戶的各頁離散 地分布于主存內(nèi)，就需要采用鍵式保護(hù)和環(huán)狀保護(hù)等方式。鍵式 保護(hù)是由操作系統(tǒng)為每個(gè)存儲(chǔ)頁面規(guī)定存儲(chǔ)鍵，存取存儲(chǔ)器操作 帶有訪問鍵，當(dāng)兩鍵符合時(shí)才允許執(zhí)行存取操作，從而保護(hù)別的 程序區(qū)域不被侵犯，環(huán)狀保護(hù)是把系統(tǒng)程序和用戶程序按重要性 分層，稱為環(huán)，對(duì)每個(gè)環(huán)都規(guī)定訪問它的級(jí)別，違反規(guī)定的存取 操作是非法的，

4、以此實(shí)現(xiàn)對(duì)正在執(zhí)行的程序的保護(hù)。下面詳細(xì)解 說下各種情況下的存儲(chǔ)保護(hù)。分頁存儲(chǔ)管理中的信息保護(hù)可從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)，一個(gè)方面是在 進(jìn)行地址變換時(shí)，產(chǎn)生的頁號(hào)應(yīng)小于頁表長度，否則視為越界訪問， 這類似于基址-限長存儲(chǔ)保護(hù)；另一方面，可在頁表中增加存取控制 和存儲(chǔ)保護(hù)的信息，對(duì)每一個(gè)存儲(chǔ)塊，可允許四種保護(hù)方式：禁止任 何操作；只能執(zhí)行；只能讀；能讀/寫。當(dāng)要訪問某頁時(shí)，先判斷該 頁的存取控制和存儲(chǔ)保護(hù)信息是否允許。分段存儲(chǔ)管理系統(tǒng)的保護(hù)可采用如下幾種措施：在段表中設(shè)置一個(gè)段長值，以指明該段的長度。當(dāng)存儲(chǔ)訪問時(shí)， 段地址的位移量與段長相比較，如超過段長，便發(fā)出越界中斷信號(hào)。(2)建立存取控制，在段表的每

5、個(gè)表目中，還增加“存取方式”項(xiàng)。采用存儲(chǔ)保護(hù)鍵。在一個(gè)段式存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中，通過在段表中施加段長、存取控 制、設(shè)置存儲(chǔ)保護(hù)鍵等，可提供一個(gè)多級(jí)的存儲(chǔ)保護(hù)體系。在虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)中，通常采用頁表保護(hù)、段表保護(hù)和鍵式保護(hù)方法。1 .頁表保護(hù)和段表保護(hù)每個(gè)程序的段表和頁表本身都有自己的保護(hù)功能。每個(gè)程序的虛 頁號(hào)是固定的，經(jīng)過虛地址向?qū)嵉刂纷儞Q后的實(shí)存頁號(hào)也就固定了。 那么不論虛地址如何出錯(cuò)，也只能影響到相對(duì)的幾個(gè)主存頁面。不 會(huì)侵犯其他程序空間。段表和頁表的保護(hù)功能相同，但段表中除包括 段表起點(diǎn)外，還包括段長。2 .鍵保護(hù)方式這種方法是為主存的每一頁配一個(gè)鍵，稱為存儲(chǔ)鍵，每個(gè)用戶的 實(shí)存頁面的鍵都相同。

6、為了打開這個(gè)鎖,必須有鑰匙，稱為訪問鍵。 訪問鍵賦予每道程序，并保存在該道程序的狀態(tài)寄存器中。當(dāng)數(shù)據(jù)要寫入主存的某一頁時(shí)，訪問鍵要與存儲(chǔ)鍵相比較。若兩鍵相符，則允 許訪問該頁，否則拒絕訪問。3 .環(huán)保護(hù)方式環(huán)保護(hù)方式可以做到對(duì)正在執(zhí)行的程序本身的核心部分或關(guān)鍵 部分進(jìn)行保護(hù)。它是按系統(tǒng)程序和用戶程序的重要性及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的 正常運(yùn)行的影響程度進(jìn)行分層，每一層叫做一個(gè)環(huán)。在現(xiàn)行程序運(yùn)行 前由操作系統(tǒng)定好程序各頁的環(huán)號(hào)，并置入頁表中。然后把該道程序 的開始環(huán)號(hào)送入CPU的現(xiàn)行環(huán)號(hào)寄存器。程序可以訪問任何外層空 間；訪問內(nèi)層空間則需由操作系統(tǒng)的環(huán)控例行程序判斷這個(gè)向內(nèi)訪問 是否合法。存儲(chǔ)保護(hù)一般以硬件保護(hù)機(jī)制為主，軟件為輔，因?yàn)橥耆密?件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開銷太大，速度成倍降低。當(dāng)發(fā)生越界或非法操