在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的裝置和方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及操作系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的裝置和方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]保護(hù)模式的概念最先出現(xiàn)在X86機(jī)器上，目前大部分的x86操作系統(tǒng)都在保護(hù)模式下運行，比如Linux、Freebsd、以及Windows系列。比如最初的80286機(jī)器，它的段寄存器不再像之前的幾代機(jī)器那樣直接存儲段基址，而是通過高13位來指向全局描述表(globaldescriptortable，簡稱:GDT)或者局部描述表(localdescriptortable，簡稱:LDT)其中的某一項，而低兩位用來表示訪問權(quán)限，而該項就作為實際段的基址，至此80286可以定義多個段，并設(shè)置每個段的權(quán)限。而后來的幾代X86機(jī)器，雖然尋址空間在不斷提高，但是保護(hù)模式一直延續(xù)，而且為了兼容最初的實模式，在機(jī)器啟動的時候在實模式下運行，而后通過操作系統(tǒng)再去打開保護(hù)模式。保護(hù)模式通過對段表的權(quán)限控制來提供存儲器的保護(hù)，可以避免某些任務(wù)去破壞其他程序任務(wù)或者操作系統(tǒng)所擁有的存儲器，保證了多任務(wù)多用戶模式下的系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。保護(hù)模式不僅對于通用計算機(jī)系統(tǒng)，而且對于嵌入式系統(tǒng)來說也意義非凡。只要是系統(tǒng)中有多種訪問權(quán)限存在，為了區(qū)分多個具有不同訪問對象和訪問目的的用戶，需要建立保護(hù)模式以便它們獲取到適用于它們自身的訪問權(quán)限。[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，通常通過內(nèi)存管理單元(memorymanagementunit，簡稱:MMU)實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式，該技術(shù)是由頁表完成的。如果系統(tǒng)可訪問的邏輯地址空間較大，可以分為二級或者多級頁表，這些頁表除了完成邏輯地址映射外，還完成各個頁表的訪問權(quán)限控制。在系統(tǒng)啟動時，地址映射系統(tǒng)處于直接映射模式，這個類似于實地址模式，此時一部分頁表會被加載進(jìn)旁路轉(zhuǎn)換緩沖(translat1nlook-asidebuffer，簡稱:TLB)cache中，以完成后續(xù)程序的地址映射操作，這加快了地址的映射速度，也保證了相關(guān)邏輯頁的權(quán)限控制。[0004]雖然MMU技術(shù)相對比較成熟，但是存在如下缺陷:當(dāng)需要映射的邏輯地址沒有被TLB中的頁表命中，則需要等待TLB重新去加載頁表，并按照某些規(guī)律去更新TLB中的頁表，這些會增加內(nèi)存訪問的時間開銷。此外，上述重新加載和更新頁表需要操作系統(tǒng)進(jìn)行支持，所以一定程度上增加了軟件設(shè)計的復(fù)雜性。由于以上缺陷，對于規(guī)模較小的操作系統(tǒng)，MMU技術(shù)顯然不合適，所以需要一種簡單而有效的內(nèi)存保護(hù)模式實現(xiàn)方案?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明提供一種在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的裝置和方法，用以實現(xiàn)為小規(guī)模操作系統(tǒng)提供一種簡單而有效的內(nèi)存保護(hù)模式實現(xiàn)方案。[0006]本發(fā)明提供一種在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的裝置，包括:[0007]全局參數(shù)配置模塊，用于在所述操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化之前，從非易失性存儲器中獲取地址分配表；[0008]地址保護(hù)模塊，用于根據(jù)所述地址分配表和當(dāng)前的程序計數(shù)器指針，獲取所述當(dāng)前訪問者所屬的空間，根據(jù)所述當(dāng)前訪問者所屬的空間、訪問者的歷史訪問記錄和訪問目標(biāo)地址，獲取所述當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，根據(jù)所述當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，對存儲器進(jìn)行訪問控制并對數(shù)據(jù)總線和指令總線進(jìn)行處理，其中，所述當(dāng)前訪問者所屬的空間包括特權(quán)空間和非特權(quán)空間。[0009]本發(fā)明還提供一種在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的方法，包括:[0010]在所述操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化之前，從非易失性存儲器中獲取地址分配表；[0011]根據(jù)所述地址分配表和當(dāng)前的程序計數(shù)器指針，獲取所述當(dāng)前訪問者所屬的空間，根據(jù)所述當(dāng)前訪問者所屬的空間、訪問者的歷史訪問記錄和訪問目標(biāo)地址，獲取所述當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，根據(jù)所述當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，對存儲器進(jìn)行訪問控制并對數(shù)據(jù)總線和指令總線進(jìn)行處理，其中，所述當(dāng)前訪問者所屬的空間包括特權(quán)空間和非特權(quán)空間。[0012]本實施例實現(xiàn)了對訪問者的權(quán)限控制，而且在操作系統(tǒng)運行之前將地址分配表從非易失性存儲器中讀出并發(fā)送給地址保護(hù)模塊，無須維護(hù)頁表項，降低了軟件設(shè)計的復(fù)雜性，提高了小規(guī)模操作系統(tǒng)的效率，增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性，提高了內(nèi)存訪問的靈活性，為小規(guī)模操作系統(tǒng)提供了一種簡單而有效的內(nèi)存保護(hù)模式實現(xiàn)方案。【附圖說明】[0013]圖1為本發(fā)明在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0014]圖2為本發(fā)明在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的方法實施例的流程示意圖；[0015]圖3為本發(fā)明在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的方法實施例中地址保護(hù)模塊12的一個工作實例的流程示意圖?！揪唧w實施方式】[0016]下面結(jié)合說明書附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。[0017]如圖1所示，為本發(fā)明在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的裝置實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置可以包括全局參數(shù)配置模塊11和地址保護(hù)模塊12。[0018]全局參數(shù)配置模塊11用于在操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化之前，從非易失性存儲器中獲取地址分配表。地址保護(hù)模塊12用于根據(jù)地址分配表和當(dāng)前的程序計數(shù)器指針，獲取當(dāng)前訪問者所屬的空間，根據(jù)當(dāng)前訪問者所屬的空間、訪問者的歷史訪問記錄和訪問目標(biāo)地址，獲取當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，根據(jù)當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，對存儲器進(jìn)行訪問控制并對數(shù)據(jù)總線和指令總線進(jìn)行處理，其中，當(dāng)前訪問者所屬的空間包括特權(quán)空間和非特權(quán)空間。[0019]一般情況下，如果訪問者所屬的空間為特權(quán)空間，則可以訪問特權(quán)空間和非特權(quán)空間。如果訪問者所屬的空間為非特權(quán)空間，則只能訪問非特權(quán)空間，而不能訪問特權(quán)空間，如果必須要訪問特權(quán)空間，可以將訪問者通過一些特殊指令來提升訪問者的訪問權(quán)限，這些特殊指令可以保存在訪問者的歷史訪問記錄中。[0020]本實施例的工作過程如下:如圖2所示，為本發(fā)明在小型操作系統(tǒng)中實現(xiàn)內(nèi)存保護(hù)模式的方法實施例的流程示意圖，該方法可以包括如下步驟；[0021]步驟21、全局參數(shù)配置模塊11在操作系統(tǒng)進(jìn)行初始化之前，從非易失性存儲器中獲取地址分配表；[0022]步驟22、地址保護(hù)模塊12根據(jù)地址分配表和當(dāng)前的程序計數(shù)器指針，獲取當(dāng)前訪問者所屬的空間，根據(jù)當(dāng)前訪問者所屬的空間、訪問者的歷史訪問記錄和訪問目標(biāo)地址，獲取當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，根據(jù)當(dāng)前訪問者的訪問權(quán)限，對存儲器進(jìn)行訪問控制并對數(shù)據(jù)總線和指令總線進(jìn)行處理；[0023]其中，當(dāng)前訪問者所屬的空間包括特權(quán)空間和非特權(quán)空間。[0024]可選地，特權(quán)空間的數(shù)量可以有兩個以上，非特權(quán)空間的數(shù)量可以有兩個以上，各個空間可以具有獨立的訪問權(quán)限控制屬性。[0025]本實施例實現(xiàn)了對訪問者的權(quán)限控制，而且在操作系統(tǒng)運行之前將地址分配表從非易失性存儲器中讀出并發(fā)送給地址保護(hù)模塊12，無須維護(hù)頁表項，降低了軟件設(shè)計的復(fù)雜當(dāng)前第1頁1 2 3