CN108052461A - 一种操作系统的内存保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种操作系统的内存保护方法，其属于内存管理领域的技术，为每一应用设置一第一级访问权限映射表，所述第一级访问权限映射表记录所述应用对其它所述应用的应用访问权限以及对所述操作系统的系统内核的内核访问权限；将所述操作系统的内存空间划分为若干保护区域；对每一应用设置一第二级访问权限映射表，所述第二级访问权限映射表记录所述应用对不同的所述保护区域的内存访问权限。该技术方案的有益效果是：本发明将内存保护的区域从逻辑上进行归类划分，减少了系统在内存保护上的开销；并通过硬件实现权限的设置和保护，有效减少CPU的负载率，提高了内存保护效率的同时又保证了系统的实时性。

Description

一种操作系统的内存保护方法

技术领域

本发明涉及的是一种内存管理领域的技术，具体是一种操作系统的内存保护方法。

背景技术

现有嵌入式操作系统的内存管理机制能够让用户灵活动态的操纵内存，在便于使用的同时也带来了极大的安全隐患。

随着软件复杂度越来越高，软件规模越来越大，尤其是多核系统里，内存使用随意性和复杂性都大大提高。导致系统极为不稳定，甚至崩溃，导致设备无法正常工作。

现有的内存保护解决方案，一种是较为简单的机制是在对整块内存加以保护的同时还采用了内存记录日志系统对内存使用情况进行了有效的跟踪记录。另一种是从应用层软件的角度对底层的内存区域进行保护，利用操作系统中提供的以页面为单位的内存保护机制，应用层可以调用操作系统的接口函数对某一个页面进行保护操作，当有操作访问到保护页区域，可认为该操作属于非法修改重要内存，实时操作系统可以很快的发现并报告内存访问异常，便于及时的发现异常隐患。

现有的解决方案在一定程度上解决了ー些内存的隐患，降低了内存访问异常的风险，但还存在严重的不足。第一种内存保护机制只是对内存使用情况以及异常有很好的监督，但在防止内存访问异常的发生以及防止异常扩散上没有作用。第二种内存保护机制不足之处在于效率很低，通过上层操作系统的接口修改底层内存的访问权限，会影响系统的实时性；通过软件的方式对内存进行保护，会占用CPU使用率；以页面为单位进行保护，当需要保护区域容量较大时，操作系统的负载率更大，会严重影响实时性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种操作系统的内存保护方法。本发明将内存保护的区域从逻辑上进行归类划分，减少了系统在内存保护上的开销；并通过硬件实现权限的设置和保护，有效减少CPU的负载率，提高了内存保护效率的同时又保证了系统的实时性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种操作系统的内存保护方法，包括：

为每一应用设置一第一级访问权限映射表，所述第一级访问权限映射表记录所述应用对其它所述应用的应用访问权限以及对所述操作系统的系统内核的内核访问权限；

将所述操作系统的内存空间划分为若干保护区域；

对每一应用设置一第二级访问权限映射表，所述第二级访问权限映射表记录所述应用对不同的所述保护区域的内存访问权限；

所述应用根据所述第一级访问权限映射表和所述第二级访问权限映射表访问其它所述应用、所述系统内核以及所述内存空间中的不同的所述保护区域。

优选的，该操作系统的内存保护方法，其中，所述保护区域包括：位于RAM内存空间内的栈区、位于PFlash内存空间中的代码段区、位于RAM内存空间内的数据段区以及位于ROM内存空间内的只读数据区。

优选的，该操作系统的内存保护方法，其中，所述内存访问权限包括：第一访问权限和第二访问权限；

若一个所述应用具有所述第一访问权限，则在所述操作系统中运行有任务或中断时，所述应用对所述栈区具有读写权限，对所述数据段区具有读写权限，对所述代码段区具有可执行权限，以及对所述只读数据区具有只读权限；

若一个应用具有所述第二访问权限，则在所述操作系统中运行有任务或者中断时，所述应用对所述栈区具有只读权限，对所述数据段区具有只读权限，对所述代码段区具有可执行权限，以及对所述只读数据区具有只读权限。

优选的，该操作系统的内存保护方法，其中，在所述操作系统中运行有任务或者中断时，具有所述第二访问权限的所述应用对关联于自身的所述栈区具有读写权限，以及对关联于自身的所述数据段区具有读写权限。

优选的，该操作系统的内存保护方法，其中，所述应用按预设规则划分为可信应用和不可信应用，所述可信应用具有所述第一访问权限，所述不可信应用具有所述第二访问权限。

优选的，该操作系统的内存保护方法，其中，所述保护区域的映射地址通过预编译指令和连接脚本透传至所述第二级访问权限映射表。

优选的，该操作系统的内存保护方法，其中，所述第一访问权限和所述第二访问权限均通过一内存保护单元设置。

上述技术方案的有益效果是：本发明将内存保护的区域从逻辑上进行归类划分，减少了系统在内存保护上的开销；并通过硬件实现权限的设置和保护，有效减少CPU的负载率，提高了内存保护效率的同时又保证了系统的实时性。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，应用划分示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，对外访问权限表示结构意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施例涉及一种操作系统的内存保护方法，包括以下内容：

为每一应用设置一第一级访问权限映射表，第一级访问权限映射表记录应用对其它应用的应用访问权限以及对操作系统的系统内核的内核访问权限。

应用按预设规则划分为可信应用和不可信应用，可信应用具有第一访问权限，不可信应用具有第二访问权限。

较佳的实施例中，预设规则可为：将用于外设控制以及人机交互操作控制的应用划分为不可信应用，将其它应用划分为可信应用。

将应用按照运行时所属的内核以及对内存空间的访问权限划分为两类应用：可信应用和不可信应用。即按照第一访问权限和第二访问权限来划分可信应用和不可信应用。

不可信应用对系统内核的内核访问权限和对其它应用的应用访问权限受到严格的限制，并与可信应用严格的隔离。

可信应用对其它应用的访问和对系统内核的访问受限较低，可以根据需要来进行选择，从而可以进行灵活配置。

如图1，每一应用都被划入可信应用或不可信应用，可信应用实行若隔离，而不可信应用实行强隔离。

第一级访问权限表中记录了每一应用自身的对外访问权限，即应用访问权限以及对操作系统的系统内核的内核访问权限。

无论可信应用还是不可信应用，其对自身的访问不受限制。

将操作系统的内存空间划分为若干保护区域。

每一应用在逻辑上，是空间隔离单位，但在实际运行层面上看，运行实体只有任务和中断。因此，从任务和中断的角度出发，将任务和中断涉及的不同内存空间划分为不同保护区域。对不同的保护区域进行权限控制。

保护区域包括：位于RAM内存空间内的栈区、位于PFlash内存空间中的代码段区、位于RAM内存空间内的数据段区以及位于ROM内存空间内的只读数据区。

栈区，即任务和中断各自的占空间，存放于内存空间的RAM中，可读可写。

代码段区，包括各个应用的应用代码和操作系统的系统内核代码，存放于PFlash中，可执行。

数据段区，包括各个应用的数据、中断的数据以及各个任务的数据，存放与RAM中，可读可写。

只读数据区，包括各个应用、中断以及各个任务的只读数据，存放于ROM中，可读。

在操作系统中运行有任务或者中断时，具有第二访问权限的所述应用对关联于自身的栈区具有读写权限，以及对关联于自身的数据段区具有读写权限。

如图2所示，对每一应用设置一第二级访问权限映射表，第二级访问权限映射表记录应用对不同的保护区域的内存访问权限。

内存访问权限包括：第一访问权限和第二访问权限；

若一个应用具有第一访问权限，则在操作系统中运行有任务或中断时，应用对栈区具有读写权限，对数据段区具有读写权限，对代码段区具有可执行权限，以及对只读数据区具有只读权限；

若一个应用具有第二访问权限，则在操作系统中运行有任务或者中断时，应用对栈区具有只读权限，对数据段区具有只读权限，对代码段区具有可执行权限，以及对只读数据区具有只读权限。

可信应用具有第一访问权限，不可信应用具有第二访问权限。

不可信应用具有第二访问权限，不可信应用的访问权限小于可信应用的访问权限。

不可信应用对栈区具有只读权限。

不可信应用对数据段区具有只读权限。

不可信应用对代码段区具有可执行权限。

不可信应用对只读数据区具有只读权限。

可信应用具有：

对栈区具有读写权限；

对数据段区具有读写权限；

对代码段区具有可执行权限；以及

对只读数据区具有只读权限。

应用根据第一级访问权限映射表和第二级访问权限映射表访问其它应用、系统内核以及内存空间中的不同的保护区域。

可信应用的对内存空间的第一访问权限以及不可信应用的对内存空间的第二访问权限通过一内存保护单元来设置。

内存保护单元与硬件平台具有高度的相关的特性，利用硬件中的内存保护单元(Memory Protection Unit，MPU)来设置可信应用的第一访问权限和不可信应用的第二访问权限。即设置可信应用对各个保护区域的访问权限，以及不可信应用对各个保护区域的访问权限。

通过该内存保护单元使得可信应用具有：对栈区具有读写权限，对数据段区具有读写权限，对代码段区具有可执行权限，以及对只读数据区具有只读权限。

通过该内存保护单元使得可信应用具有：对栈区具有只读权限，对数据段区具有只读权限，对代码段区具有可执行权限，以及对只读数据区具有只读权限。

保护区域的映射地址通过预编译指令和连接脚本透传至第二级访问权限映射表。

通过预编译指令和连接脚本，将需要进行保护的内存空间中的各个保护区域的地址透传。

以应用为单位，将同一应用的代码段映射到PFlash中的代码段区，将栈和数据段映射到RAM中的栈区和数据段区，只读数据映射到位于ROM中的只读数据区中。

本发明的操作系统的内存保护方法，与现有技术相比：本发明将内存保护的区域从逻辑上进行归类划分，减少了系统在内存保护上的开销；并通过硬件实现权限的设置和保护，有效减少CPU的负载率，提高了内存保护效率的同时又保证了系统的实时性。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种操作系统的内存保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

为每一应用设置一第一级访问权限映射表，所述第一级访问权限映射表记录所述应用对其它所述应用的应用访问权限以及对所述操作系统的系统内核的内核访问权限；

将所述操作系统的内存空间划分为若干保护区域；

对每一应用设置一第二级访问权限映射表，所述第二级访问权限映射表记录所述应用对不同的所述保护区域的内存访问权限；

所述应用根据所述第一级访问权限映射表和所述第二级访问权限映射表访问其它所述应用、所述系统内核以及所述内存空间中的不同的所述保护区域。

2.根据权利要求1所述的操作系统的内存保护方法，其特征是，

所述保护区域包括：位于RAM内存空间内的栈区、位于PFlash内存空间中的代码段区、位于RAM内存空间内的数据段区以及位于ROM内存空间内的只读数据区。

3.根据权利要求2所述的操作系统的内存保护方法，其特征是，

所述内存访问权限包括：第一访问权限和第二访问权限；

若一个所述应用具有所述第一访问权限，则在所述操作系统中运行有任务或中断时，所述应用对所述栈区具有读写权限，对所述数据段区具有读写权限，对所述代码段区具有可执行权限，以及对所述只读数据区具有只读权限；

若一个应用具有所述第二访问权限，则在所述操作系统中运行有任务或者中断时，所述应用对所述栈区具有只读权限，对所述数据段区具有只读权限，对所述代码段区具有可执行权限，以及对所述只读数据区具有只读权限。

4.根据权利要求3所述的操作系统的内存保护方法，其特征是，

在所述操作系统中运行有任务或者中断时，具有所述第二访问权限的所述应用对关联于自身的所述栈区具有读写权限，以及对关联于自身的所述数据段区具有读写权限。

5.根据权利要求3所述的操作系统的内存保护方法，其特征是，

所述应用按预设规则划分为可信应用和不可信应用，所述可信应用具有所述第一访问权限，所述不可信应用具有所述第二访问权限。

6.根据权利要求1所述的操作系统的内存保护方法，其特征是，

所述保护区域的映射地址通过预编译指令和连接脚本透传至所述第二级访问权限映射表。

7.根据权利要求3所述的操作系统的内存保护方法，其特征是，

所述第一访问权限和所述第二访问权限均通过一内存保护单元设置。