《保护模式及其编程》课件

《保护模式及其编程》ppt课件•保护模式简介CONTENTS目录•保护模式的实现•保护模式的编程•保护模式的应用•总结与展望CHAPTER01保护模式简介保护模式的定义保护模式是一种计算机操作系统的工作模式，它通过提供一种隔离机制来保护系统资源，防止用户程序对系统造成破坏在保护模式下，操作系统对硬件和软件资源进行管理，确保不同程序在运行时不会相互干扰保护模式的特点隔离性01保护模式通过将系统资源划分为不同的权限级别，实现了不同程序之间的隔离安全性02在保护模式下，操作系统可以限制程序对系统资源的访问权限，从而防止恶意程序对系统造成破坏高效性03保护模式允许操作系统对硬件资源进行更精细的管理，提高了系统的整体性能保护模式的历史与发展保护模式最初是在20世纪70年代末期由IBM公司开发的OS/360操作系统中引入的随着计算机技术的不断发展，保护模式逐渐成为现代操作系统的核心特性之一目前，大多数现代操作系统都采用了保护模式来提高系统的稳定性和安全性CHAPTER02保护模式的实现保护模式的启动实模式下启动保护模式通过修改CR0寄存器，将PE位设置为1，从而进入保护模式保护模式下启动保护模式在已经处于保护模式的系统中，可以通过修改CR0寄存器来开启或关闭PE位，从而开启或关闭保护模式保护模式的内存管理010203分段机制段描述符段选择子和偏移量通过将虚拟地址空间划分为多个每个段都有一个段描述符，描述在访问内存时，使用段选择子和段，每个段对应一个线性地址范了该段的起始地址、大小、访问偏移量来计算出实际的线性地址围，实现对内存的管理权限等信息保护模式的任务管理任务状态段任务切换中断和异常处理每个任务都有一个任务状态段通过保存和恢复任务的上下文信在任务切换过程中，如果发生中TSS，保存了任务的上下文信息，息，实现从一个任务切换到另一断或异常，系统会跳转到相应的如寄存器值、堆栈指针等个任务处理程序进行处理保护模式的I/O管理I/O特权级将I/O设备划分为不同的特权级，只有特权级较高的任务才能直接访问特权级较低的设备I/O请求队列当一个任务需要进行I/O操作时，向I/O设备发送请求，并将请求放入请求队列中等待处理中断处理程序当I/O设备完成一个操作后，会向CPU发送中断信号，CPU会跳转到相应的中断处理程序进行处理CHAPTER03保护模式的编程保护模式的编程语言x86汇编语言用于编写低级程序，直接与硬件交互C语言一种高级语言，适用于编写操作系统和系统软件汇编语言与C语言的混合使用在某些情况下，为了获得更好的性能和更接近硬件的控制，程序员可能会选择混合使用汇编语言和C语言进行编程保护模式的编程技巧进程隔离通过创建独立的进程来运行程序，使用虚拟内存每个进程都有自己的内存空间和系统资源，实现进程之间的隔离通过将内存划分为多个区域，每个区域都有自己的权限和保护机制，可以防止程序之间的相互干扰内存管理合理地分配和管理内存，避免内存泄漏和冲突，确保程序的稳定运行保护模式的编程实例Windows操作系统Windows操作系统采用保护模式来隔离不同的应用程序，防止它们相互干扰Linux操作系统Linux操作系统也采用了保护模式，通过进程隔离和内存管理等技术来实现系统稳定性和安全性虚拟机技术虚拟机技术通过模拟完整的硬件环境来实现保护模式，每个虚拟机都有自己的操作系统和应用程序，互不干扰CHAPTER04保护模式的应用保护模式在操作系统中的应用保护模式在操作系统中主要用于实现多任务管理1和资源隔离，确保不同任务之间的互斥访问和资源安全通过引入保护模式，操作系统能够实现进程间的2隔离，防止进程间相互干扰和破坏，提高了系统的稳定性和安全性保护模式还用于实现内存管理，通过内存分页和3分段机制，实现了虚拟内存的管理，提高了内存的利用率和系统的性能保护模式在数据库系统中的应用数据库系统中的保护模式主要用于确保数据的完整性和安全性，防止数据被非法访问和篡改通过使用保护模式，数据库系统能够实现多用户同时访问和操作数据时的隔离，确保每个用户只能访问和修改自己的数据保护模式还用于实现数据库的恢复和备份，确保数据在发生故障时能够及时恢复，保证了业务的连续性和稳定性保护模式在网络安全中的应用保护模式在网络安全中主要用于防止网络攻击和数据泄露，保护网络设备和数据的安全通过使用保护模式，网络安全系统能够实现网络流量过滤和监控，及时发现和阻止恶意流量和攻击保护模式还用于实现加密和认证，确保数据的传输和存储安全，防止数据被非法获取和篡改CHAPTER05总结与展望保护模式的总结保护模式的概念保护模式是一种计算机操作系统的工作模式，通过隔离和限制不同程序对系统资源的访问，来提高系统的稳定性和安全性保护模式的优点保护模式能够防止程序对系统资源的滥用，避免系统崩溃和数据丢失，提高系统的稳定性和可靠性同时，它还可以防止恶意软件的攻击和病毒的感染保护模式的实现方式保护模式的实现需要操作系统的支持，通过虚拟化技术将系统资源划分为不同的区域，每个程序只能在指定的区域内运行，不能随意访问其他区域同时，操作系统还需要对程序的执行进行监控和管理，以确保其正常运行保护模式的展望保护模式的发展趋势随着计算机技术的不断发展，保护模式也在不断演进和完善未来，保护模式将更加智能化和自动化，能够更好地保护系统资源和数据安全同时，保护模式还将更加灵活和可配置，以满足不同用户的需求保护模式面临的挑战尽管保护模式已经取得了很大的进展，但仍存在一些挑战和问题需要解决例如，如何进一步提高系统的安全性和稳定性，如何更好地支持多任务处理和云计算等新兴技术THANKS感谢观看。