Why hardware has to supportUser/Ker

Why hardware has to support
User/Kernel mode?
17 CS317 Operating System
• Give the CPU to the user application
• Why: Performance and efficiency
• OS will not be executing
• Without hardware’s help, OS loses control of the machine!
• Analogy: give the car key to someone, how do you know if he will
return the car?
• This is the one of the most fundamental reasons why OS will
need hardware support --- not only for user/kernel mode

Hardware Features for OS
• Features that directly support the OS include
• Protection (kernel/user mode)
• Protected instructions
• Memory protection
• System calls
• Interrupts and exceptions
• Timer (clock)
• I/O control and operation
• Synchronization
Hardware Features for OS
• Features that directly support the OS include
• Protection (kernel/user mode)
• Protected instructions
• Memory protection
• System calls
• Interrupts and exceptions
• Timer (clock)
• I/O control and operation
• Synchronization
Protected Instructions
• A subset of instructions of every CPU is restricted to use
only by the OS
• Known as protected (privileged) instructions
• Only the operating system can
• Directly access I/O devices (disks, printers, etc.)
• Security, fairness (why?)
• Manipulate memory management state
• Page table pointers, page protection, TLB management, etc.
• Manipulate protected control registers
• Kernel mode, interrupt level
• Halt instruction (why?)
OS Protection
• Hardware must support (at least) two modes of operation:
kernel mode and user mode
• Mode is indicated by a status bit in a protected control register
• User programs execute in user mode
• OS executes in kernel mode (OS == “kernel”)
• Protected instructions only execute in kernel mode
• CPU checks mode bit when protected instruction executes
• Setting mode bit must be a protected instruction
• Attempts to execute in user mode are detected and prevented
• x86: General Protection Fault
Memory Protection
• OS must be able to protect programs from each other
• OS must protect itself from user programs
• We need hardware support
• Again: once OS gives the CPU to the user programs, OS loses
control
• Memory management hardware provides memory
protection mechanisms
• Base and limit registers
• Page table pointers, page protection, TLB
• Virtual memory
• Segmentation
• Manipulating memory management hardware uses
protected (privileged) operations
Hardware Features for OS
• Features that directly support the OS include
• Protection (kernel/user mode)
• Protected instructions
• Memory protection
• System calls
• Interrupts and exceptions
• Timer (clock)
• I/O control and operation
• Synchronization

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ทำไมต้องสนับสนุนฮาร์ดแวร์
โหมดเคอร์เนลของผู้ใช้ ?
-
17 cs317 ระบบปฏิบัติการให้ CPU ผู้ใช้โปรแกรม
-
ทำไม : สมรรถนะและประสิทธิภาพของแต่ละ OS จะไม่ถูกรัน
- โดยไม่ต้องฮาร์ดแวร์ช่วยให้ OS สูญเสียการควบคุมของเครื่องจักร
- คล้ายคลึงให้กุญแจรถกับใคร คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าเขาจะ
กลับรถ
- นี้เป็นหนึ่งในเหตุผลพื้นฐานที่สุดทำไม OS จะ
ต้องสนับสนุนฮาร์ดแวร์ --- ไม่เพียง แต่สำหรับผู้ใช้ / เคอร์เนลโหมด

คุณสมบัติของฮาร์ดแวร์สำหรับระบบปฏิบัติการ
- คุณลักษณะที่สนับสนุนโดยตรง OS รวมถึง
- ป้องกัน ( kernel / ผู้ใช้โหมด )
-

- ใช้หน่วยความจำการคุ้มครองป้องกัน - ระบบโทรศัพท์ - ขัดจังหวะและข้อยกเว้น
-
เวลา ( นาฬิกา )
- I / O ควบคุม
-
และดำเนินงานประสานคุณสมบัติของฮาร์ดแวร์สำหรับระบบปฏิบัติการแต่ละคุณลักษณะที่สนับสนุนโดยตรง

OS รวมถึงป้องกัน - ( kernel / ผู้ใช้โหมด )
-

- ใช้หน่วยความจำการคุ้มครองป้องกัน - ระบบโทรศัพท์ - ขัดจังหวะและข้อยกเว้น
-
เวลา ( นาฬิกา )
- I / O การประสานการควบคุมและป้องกันแนะนํา
-

- บางส่วนของคำแนะนำของทุก CPU ถูกจำกัดโดย OS

เพียงใช้ - รู้จักป้องกัน ( อภิสิทธิ์ ) คําแนะนํา
-
แค่ระบบปฏิบัติการสามารถ- เข้าถึงโดยตรงอุปกรณ์ I / O ( ดิสก์ , เครื่องพิมพ์ฯลฯ )
- ความปลอดภัย ความยุติธรรม ( ทำไม ? )
-
- รัฐจัดการการจัดการหน่วยความจำหน้าโต๊ะตัวชี้ , ป้องกัน , การจัดการ TLB หน้าและอื่น ๆ
-
- จัดการป้องกันควบคุมทะเบียนเคอร์เนลโหมดขัดจังหวะระดับ
- หยุดการสอน ( ทำไม ? )
-
OS ป้องกันฮาร์ดแวร์ต้องรองรับ ( อย่างน้อย ) สองโหมดของการดำเนินงาน :

โหมดเคอร์เนลและโหมดผู้ใช้โหมด - จะแสดงสถานะบิตในการป้องกันควบคุมการลงทะเบียนผู้ใช้โปรแกรมรันในโหมด
-
ผู้ใช้ OS - รันในโหมดเคอร์เนล ( OS = = " เมล็ด " )
- ป้องกันการตรวจสอบ CPU ของคำแนะนำในแต่ละโหมดโหมดบิตเมื่อป้องกันการรัน

- โหมดการตั้งค่าบิตที่ต้องป้องกัน - การสอน
พยายามที่จะรันในโหมดผู้ใช้ตรวจพบและป้องกัน
- 86 :การป้องกันทั่วไปผิด

ความคุ้มครองแต่ละ OS จะต้องสามารถป้องกันโปรแกรมจากแต่ละอื่น ๆ
-
OS ต้องปกป้องตัวเองจากโปรแกรมผู้ใช้ - -
เราต้องสนับสนุนฮาร์ดแวร์อีกครั้งเมื่อ OS ให้ CPU ที่จะใช้โปรแกรม OS แพ้
-
มีฮาร์ดแวร์การจัดการหน่วยความจำควบคุมหน่วยความจำ

- กลไกป้องกันฐาน จำกัด - หน้าโต๊ะลงทะเบียน

Tl หน้าการป้องกันตัวชี้-
-
- ) หน่วยความจำเสมือนการจัดการการจัดการหน่วยความจำอุปกรณ์ป้องกัน ( อภิสิทธิ์ ) การใช้

คุณสมบัติของฮาร์ดแวร์สำหรับระบบปฏิบัติการ
- คุณลักษณะที่สนับสนุนโดยตรง OS รวมถึงการป้องกัน -
( kernel / ผู้ใช้โหมด )
-

- ใช้หน่วยความจำการคุ้มครองป้องกัน - ระบบโทรศัพท์ - ขัดจังหวะและข้อยกเว้น
-
( นาฬิกา จับเวลา )
- I / O และประสานการดำเนินการ
- ควบคุม