在计算机体系结构中，存储保护机制是确保系统安全和稳定运行的关键部分。本文将深入探讨内存分段/分页保护、访问权限控制，并演示操作系统如何有效防止进程越界访问。
一、内存分段与分页保护
内存分段和分页是两种常用的内存管理技术，它们不仅提高了内存的利用率，还为存储保护提供了基础。
- 内存分段
- 概念：内存分段是将程序的逻辑地址空间划分为若干个段，每个段具有不同的长度和起始地址。
- 优点：便于管理和保护程序的不同部分，如代码段、数据段和堆栈段。
- 实现：通过段表记录每个段的基地址和长度，CPU在访问内存时，先查找段表，再进行地址转换。
- 内存分页
- 概念：内存分页是将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，内存空间划分为同样大小的帧。
- 优点：有效解决内存碎片问题，提高内存利用率。
- 实现：通过页表记录每一页在内存中的位置，CPU在访问内存时，先查找页表，再进行地址转换。
二、访问权限控制
访问权限控制是存储保护机制的重要组成部分，它确保每个进程只能访问其被授权的内存区域。
- 权限类型
- 读权限：允许进程读取内存内容。
- 写权限：允许进程修改内存内容。
- 执行权限：允许进程执行内存中的代码。
- 权限设置
- 段表和页表：在段表和页表中设置相应的权限位，控制进程对内存的访问。
- 特权级：通过设置不同特权级（如用户态和内核态），限制低特权级进程对高特权级资源的访问。
三、防止进程越界访问
操作系统通过多种机制防止进程越界访问，确保系统的安全性和稳定性。
- 地址转换与检查
- 段表和页表检查：在地址转换过程中，检查逻辑地址是否在合法范围内。
- 边界检查：在访问内存前，检查地址是否超出段的长度或页的边界。
- 异常处理
- 越界异常：当检测到越界访问时，触发异常，操作系统捕获并处理该异常，通常采取终止进程或调整地址等措施。
- 硬件支持
- 内存管理单元（MMU）：现代CPU中的MMU硬件支持地址转换和权限检查，提供高效的存储保护。
总结
内存分段/分页保护和访问权限控制是计算机体系结构中存储保护机制的核心内容。通过合理设置段表和页表，严格控制进程的内存访问权限，并结合硬件支持，操作系统能够有效防止进程越界访问，确保系统的安全和稳定运行。在备考过程中，理解这些基本概念和实现原理，并通过实际例子进行练习，将有助于更好地掌握存储保护机制。
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