Necesidad de Protección

Transcripción

1 Necesidad de Protección Por qué necesitamos protección? Para mejorar la utilización del sistema, el Sistema de Operación empezó a compartir recursos del sistema entre varios programas de manera simultánea. Con el spooling, un programa puede estar ejecutando mientras se lleva a cabo E/S para otros procesos. Los discos mantienen datos para muchos procesos. Multiprogramación coloca muchos procesos en memoria al mismo tiempo.

2 Necesidad de Protección Muchos errores de programación son detectados por Hardware y por lo general son manejados por el Sistema de Operación. Ej: Un intento de ejecutar una instrucción privilegiada o de acceder una dirección de memoria de otro proceso es atrapada por el Hw. El trap (Sw int) transfiere el control al Sistema de Operación a través del vector de interrupción como si fuera una interrupción. Para asegurar un correcto funcionamiento del sistema, hay que proteger al Sistema de Operación, los programas y los datos de programas de que funcionen de manera errónea. La alternativa que se usa es la de proveer Hw que nos permita diferenciar entre varios modos de ejecución.

3 Modo Dual Modo usuario Cuando la ejecución es llevada acabo por un proceso de usuario. Modo Monitor (kernel) Cuando la ejecución es llevada acabo por el sistema de operación Bit adicional al Hw del computador para indicar el modo: 0: Monitor 1: Usuario

4 Modo Dual En el momento del arranque, el Hw empieza en modo monitor. Se carga el Sistema de Operación y comienza procesos usuarios en modo usuario. Cuando ocurre un trap o una interrupción, el Hw cambia el modo de usuario a monitor, así cada vez que el Sistema de Operación toma el control lo hace en modo monitor. Aquellas instrucciones que pudieran causar daños se designan cono instrucciones privilegiadas.

5 Modo Dual Algunas arquitecturas como 8088 no posee bit de modo, por lo tanto no posee modo dual. Normalmente las modernas si lo poseen, ya el lo tenia disponible.

6 Protección E/S Las instrucciones de E/S son privilegiadas. Solo pueden ser atendidas por el Sistema de Operación. Para tener una protección completa de E/S hay que garantizar que un programa usuario nunca gane control del computador en modo monitor.

7 Protección E/S Supongamos que un programa de un usuario como parte de su ejecución guarde en el vector de interrupciones una dirección. Entonces cuando ocurra un trap o una interrupción, el Hw cambia de modo usuario a monitor y transfiere el control a mediante el vector de interrupción a la nueva dirección almacenada anteriormente y ejecutar en modo monitor cualquier rutina del usuario.

8 Protección de Memoria También nos interesa proteger los programas de los usuarios. Por lo tanto necesitamos de algún mecanismo para proteger la memoria. Esta protección se puede realizar utilizando dos registros, registro base y registro límite. El registro base contiene la dirección legal más baja de memoria y el registro límite contiene la longitud.

9 Protección de Memoria Esta protección es llevada a cabo por el Hw del CPU que se encarga de comparar cada dirección que se genera en modo usuario con los registros. Si se produce un intento de utilizar una dirección del monitor o de algún otro proceso entonces se producirá un trap. Los registros base y limite son modificados solamente por el SO usando instrucciones privilegiadas.

10 Protección del CPU Hay que evitar que un proceso usuario se quede en un lazo infinito y nunca retorne el control al Sistema de Operación. Para ello usamos un timer. El timer es actualizado con un valor que indica el período entre cada interrupción. Antes de retornar el control al usuario, el SO debe asegurar que se reinicializó el timer. Un uso del timer es implementar el tiempo compartido.

11 Llamadas al Sistema (System call) Invocaciones de Servicios del SO a través de llamadas al sistema, las cuales provocan una transferencia de control al kernel quien maneja el requerimiento solicitado. Una vez atendido retorna el control al usuario. Control de Procesos : (fork, exec, exit, wait) Manipulación de Archivo: (read, write, open, close) Manipulación de Dispositivos: (open, close) Información: (time, gettimeofday) Comunicaciones: (pipe, socket, rpc)

12 Unix Kernel Kernel Genérico de Unix

13 Usuarios MonoUsuario MultiUsuario Clasificación de SO Tareas MonoTarea MultiTarea Ejecución Secuenciales Paralelos Recursos Centralizado Distribuido

14 Clasificación de SO Monolíticos Por niveles MicroKernels

15 Monolíticos Un único bloque para todo el SO. Cualquier función puede llamar a cualquier otra. Programas usuario SO Funcionalidad SO HW

16 Monolíticos Ventaja Comunicación entre módulos mediante llamadas a procedimientos Barato en tiempo, interfaz simple y homogénea Desventajas Cuando sistema crece se hace Difícil de entender Difícil de modificar Difícil de mantener Baja confiabilidad No existe aislación entre componentes

17 Por Niveles Primer sistema de este tipo propuesto por DIJKSTRA con el system THE (1968). Nivel 5: Administrador de tareas Ejecuta programas de usuarios Nivel 4: Manejadores de dispositivos Maneja dispositivos y proporciona buffers Nivel 3: Consola Implementa consolas virtuales Nivel 2: Administrador de Páginas Implementa memoria virtual para cada proceso Nivel 1: kernel Implementa un procesador virtual para cada proceso Nivel 0: hardware Cada nivel puede ser probado y verificado independientemente

18 Por Niveles Desventajas Estructura jerárquica es demasiado inflexible: Sistemas reales tienen ciclos de uso. Sistema de archivos requiere servicios de memoria virtual Memoria virtual puede usar archivos para respaldos en discos. Bajo desempeño Cada cruce entre niveles involucra una sobrecarga (overhead).

19 Filosofía Jerarquía estricta no es buena Modularidad es buena Diseño Minimizar que va en el kernel MicroKernels Organizar el resto del SO como procesos de nivel usuario Ejemplo, Sistema de Archivos como un servidor. Procesos se comunican mediante pasos de mensajes Como en un sistema distribuido. Ejemplos Hydra (1970s) Mach ( )

20 Procesos usuarios Procesos de sistema microkernel Sistema de archivos hilos Ilustración SO Microkernel Firefox Memoria virtual MicroKernels apache red planificador Comunicación protección Hardware powerpoint Paginación Control CPU Modo usuario kernel

21 Ventajas Simplicidad Kernel pequeño. Extensibilidad MicroKernels Se puede agregar nueva funcionalidad en modo usuario. Confiabilidad Servicios SO aislados en modo usuario. Desventajas Bajo desempeño Comunicación mediante mensajes no tan bueno como llamadas a sistema.