Средтсва защиты памяти

Процессоры Р6 имеют специальные средства, обеспечивающие в защищенном режиме защиту от случайного (непредусмотренного решае­мой задачей) обращения к сегментам и страницам, хранящимся в памяти. Система защиты предусматривает различные виды контроля, которые реализуются процессором:

• контроль доступа к сегментам и страницам, который обеспечивается описанной ниже системой привилегий;

• контроль использования сегментов и страниц, который вводит ряд ограничений на возможные виды обращения к ним: запрещение записи в сегменты данных (страницы), разрешенные только для чтения, за­прещение чтения сегментов программ (страниц), разрешенных только для выполнения, запрещение обращения к незагруженным (отсутст­вующим) сегментам и страницам и ряд других;

•ограничение набора выполняемых команд в зависимости от уровня привилегий выполняемой программы (выделение привилегированных команд).

Для защиты информации, хранящейся в сегментах памяти, исполь­зуется система привилегий, которая регулирует доступ к тому или иному сегменту в зависимости от уровня его защищенности и от степени важно­сти (привилегированности) запроса. В процессорах Р6, так же как в более ранних моделях 80286, 80386, 80486, Реntium установлены четыре уровня привилегий РL (privilege level), которые задаются номерами от 0 до 3. Наи­более привилегированным является уровень с меньшим номером. Сте­пень защищенности сегмента так же имеет четыре уровня, которые схема­тически представляются в виде вложенных колец защиты (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Уровни привилегий и защиты

Соответствующие уровни защищенности иллюстрируются на примере сегментов программ. Наименее защищенными (привилегированными) являются прикладные программы пользователя, для которых выделяется уровень с номером РL=3. Уровни с номерами РL=0, 1, 2 отводятся для системных программ (супервизора), которые можно разделить на три уровня в зависимости от требований к их защи­щенности. Наиболее защищенная часть — ядро операционной системы (ОС) имеет уровень РL=0. В ядро входит часть ОС, обеспечивающая ини­циализацию работы, управление доступом к памяти, защиту и ряд других жизненно важных функций, нарушение которых полностью выводит систе­му из строя. Основная часть программ ОС (утилиты) должна иметь уровень РL=1. К уровню РL=2 обычно относят ряд служебных программ ОС, например, драйверы внешних устройств, системы управления базами данных, специализированные подсистемы программирования и другие.

Для программ с различными уровнями привилегий организованы отдельные стеки. Таким образом, в системе, использующей все четыре уровня привилегий, функционируют четыре различных стека, каждый из которых обслуживает только программы соответствующего уровня. При передаче управления программе другого уровня производится переключе­ние стеков.

В соответствии с уровнями привилегий и защищенности установле­ны следующие правила доступа для сегментов программ и данных.

1. Данные из сегмента, имеющего уровень защиты РL могут быть выбраны программой, имеющей такой же или более высокий уровень привилегий.

2. Сегмент программ (процедура), имеющий уровень защиты РL может быть вызван программой, имеющей такой же или более низкий уровень привилегий. Различные варианты вызова сегментов программ описаны ниже.

Уровни защиты и привилегий определяются двумя битами, значе­ние которых указывает номер кольца защиты или уровня. В зависимости от места размещения эти биты имеют различное назначение.

Уровень привилегий дескриптора DPL. задается битами 5, 6 в бай­те доступа дескриптора. Указывает уровень защищенности сегмента, то есть номер кольца защиты, к которому он относится.

Уровень привилегий запроса RPL задается битами 0, 1 селектора, загружаемого в сегментный регистр. Этот уровень устанавливается выполняемой программой, ко­торая с помощью данного селектора обращается к памяти системы.

Текущий уровень привилегий CPL задается битами 0, 1 селектора, размещенного в регистре сегмента программ СS. Определяет уровень привилегий выполняемого в настоящий момент сегмента программы.

Чтобы избежать частых нарушений хода выполнения программы из-за несоблюдения правил доступа к сегментам, в набор команд процессора введены специальные команды, используемые для проверки различных условий доступа. Команда LAR осуществляет загрузку в регистр байта доступа сегмента, выбираемого с помощью селектора, кото­рый содержится в адресуемой ячейке памяти или регистре. После этой операции процессор может произвести побитный анализ содержимого байта доступа, определяя возможности обращения к данному сегменту.