《保護模式及其編程》課件

《保護模式及其編程》ppt課件目錄CONTENTS保護模式簡介保護模式的實現(xiàn)保護模式的編程保護模式的應(yīng)用總結(jié)與展望01保護模式簡介CHAPTER保護模式的定義保護模式是一種計算機操作系統(tǒng)的工作模式，它通過提供一種隔離機制來保護系統(tǒng)資源，防止用戶程序?qū)ο到y(tǒng)造成破壞。在保護模式下，操作系統(tǒng)對硬件和軟件資源進行管理，確保不同程序在運行時不會相互干擾。03高效性保護模式允許操作系統(tǒng)對硬件資源進行更精細(xì)的管理，提高了系統(tǒng)的整體性能。01隔離性保護模式通過將系統(tǒng)資源劃分為不同的權(quán)限級別，實現(xiàn)了不同程序之間的隔離。02安全性在保護模式下，操作系統(tǒng)可以限制程序?qū)ο到y(tǒng)資源的訪問權(quán)限，從而防止惡意程序?qū)ο到y(tǒng)造成破壞。保護模式的特點保護模式的歷史與發(fā)展保護模式最初是在20世紀(jì)70年代末期由IBM公司開發(fā)的OS/360操作系統(tǒng)中引入的。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，保護模式逐漸成為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的核心特性之一。目前，大多數(shù)現(xiàn)代操作系統(tǒng)都采用了保護模式來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。02保護模式的實現(xiàn)CHAPTER實模式下啟動保護模式通過修改CR0寄存器，將PE位設(shè)置為1，從而進入保護模式。保護模式下啟動保護模式在已經(jīng)處于保護模式的系統(tǒng)中，可以通過修改CR0寄存器來開啟或關(guān)閉PE位，從而開啟或關(guān)閉保護模式。保護模式的啟動分段機制通過將虛擬地址空間劃分為多個段，每個段對應(yīng)一個線性地址范圍，實現(xiàn)對內(nèi)存的管理。段描述符每個段都有一個段描述符，描述了該段的起始地址、大小、訪問權(quán)限等信息。段選擇子和偏移量在訪問內(nèi)存時，使用段選擇子和偏移量來計算出實際的線性地址。保護模式的內(nèi)存管理030201任務(wù)狀態(tài)段每個任務(wù)都有一個任務(wù)狀態(tài)段(TSS)，保存了任務(wù)的上下文信息，如寄存器值、堆棧指針等。任務(wù)切換通過保存和恢復(fù)任務(wù)的上下文信息，實現(xiàn)從一個任務(wù)切換到另一個任務(wù)。中斷和異常處理在任務(wù)切換過程中，如果發(fā)生中斷或異常，系統(tǒng)會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序進行處理。保護模式的任務(wù)管理I/O請求隊列當(dāng)一個任務(wù)需要進行I/O操作時，向I/O設(shè)備發(fā)送請求，并將請求放入請求隊列中等待處理。中斷處理程序當(dāng)I/O設(shè)備完成一個操作后，會向CPU發(fā)送中斷信號，CPU會跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷處理程序進行處理。I/O特權(quán)級將I/O設(shè)備劃分為不同的特權(quán)級，只有特權(quán)級較高的任務(wù)才能直接訪問特權(quán)級較低的設(shè)備。保護模式的I/O管理03保護模式的編程CHAPTERx86匯編語言用于編寫低級程序，直接與硬件交互。C語言一種高級語言，適用于編寫操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件。匯編語言與C語言的混合使用在某些情況下，為了獲得更好的性能和更接近硬件的控制，程序員可能會選擇混合使用匯編語言和C語言進行編程。保護模式的編程語言通過將內(nèi)存劃分為多個區(qū)域，每個區(qū)域都有自己的權(quán)限和保護機制，可以防止程序之間的相互干擾。使用虛擬內(nèi)存通過創(chuàng)建獨立的進程來運行程序，每個進程都有自己的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源，實現(xiàn)進程之間的隔離。進程隔離合理地分配和管理內(nèi)存，避免內(nèi)存泄漏和沖突，確保程序的穩(wěn)定運行。內(nèi)存管理保護模式的編程技巧Linux操作系統(tǒng)Linux操作系統(tǒng)也采用了保護模式，通過進程隔離和內(nèi)存管理等技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。虛擬機技術(shù)虛擬機技術(shù)通過模擬完整的硬件環(huán)境來實現(xiàn)保護模式，每個虛擬機都有自己的操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，互不干擾。Windows操作系統(tǒng)Windows操作系統(tǒng)采用保護模式來隔離不同的應(yīng)用程序，防止它們相互干擾。保護模式的編程實例04保護模式的應(yīng)用CHAPTER123保護模式在操作系統(tǒng)中主要用于實現(xiàn)多任務(wù)管理和資源隔離，確保不同任務(wù)之間的互斥訪問和資源安全。通過引入保護模式，操作系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)進程間的隔離，防止進程間相互干擾和破壞，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。保護模式還用于實現(xiàn)內(nèi)存管理，通過內(nèi)存分頁和分段機制，實現(xiàn)了虛擬內(nèi)存的管理，提高了內(nèi)存的利用率和系統(tǒng)的性能。保護模式在操作系統(tǒng)中的應(yīng)用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的保護模式主要用于確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性，防止數(shù)據(jù)被非法訪問和篡改。通過使用保護模式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶同時訪問和操作數(shù)據(jù)時的隔離，確保每個用戶只能訪問和修改自己的數(shù)據(jù)。保護模式還用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)和備份，確保數(shù)據(jù)在發(fā)生故障時能夠及時恢復(fù)，保證了業(yè)務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。保護模式在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的應(yīng)用保護模式在網(wǎng)絡(luò)安全中主要用于防止網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露，保護網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和數(shù)據(jù)的安全。通過使用保護模式，網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量過濾和監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和阻止惡意流量和攻擊。保護模式還用于實現(xiàn)加密和認(rèn)證，確保數(shù)據(jù)的傳輸和存儲安全，防止數(shù)據(jù)被非法獲取和篡改。保護模式在網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用05總結(jié)與展望CHAPTER保護模式的概念保護模式是一種計算機操作系統(tǒng)的工作模式，通過隔離和限制不同程序?qū)ο到y(tǒng)資源的訪問，來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。保護模式的優(yōu)點保護模式能夠防止程序?qū)ο到y(tǒng)資源的濫用，避免系統(tǒng)崩潰和數(shù)據(jù)丟失，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，它還可以防止惡意軟件的攻擊和病毒的感染。保護模式的實現(xiàn)方式保護模式的實現(xiàn)需要操作系統(tǒng)的支持，通過虛擬化技術(shù)將系統(tǒng)資源劃分為不同的區(qū)域，每個程序只能在指定的區(qū)域內(nèi)運行，不能隨意訪問其他區(qū)域。同時，操作系統(tǒng)還需要對程序的執(zhí)行進行監(jiān)控和管理，以確保其正常運行。保護模式的總結(jié)隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，保護模式也在不斷演進和完善。未來，保護模式將更加智能化和自動化，能夠更好地保護系統(tǒng)資源和數(shù)據(jù)安全。同時，保護模式還將更加靈活和可配置，以滿足不同