JP4672281B2 - 最適化を用いたメモリアクセス制御の実装 - Google Patents
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Description
例示的なコンピューティング構成
図1に、本発明の態様を実施することのできる例示的なコンピューティング環境を示す。コンピューティングシステム環境100は、適したコンピューティング環境の一例にすぎず、本発明の使用または機能の範囲についてどんな制限も意味しない。またコンピューティング環境100は、この例示的な動作環境のコンピューティングシステム環境100に示すコンポーネントのいずれか1つまたは組合せに関してどんな依存も要件も有するものと解釈すべきではない。
コンピュータシステム中のメモリ(例えば図1に示したRAM132)は、各バイトごとに物理アドレスを有する。したがって、メモリを構成するバイトには番号が付いていると見なすことができ、各バイトはその番号で明確に識別することができる。この場合、番号は物理アドレスを構成する。例えば、256バイトのメモリでは、バイトは0から228−1の範囲の物理アドレスを有することができる。しかし、近年のコンピュータシステムでは、メモリは一般に、その物理アドレスでアクセスされるのではなく仮想アドレスでアクセスされる。アドレス変換マップを使用して、物理アドレスが仮想アドレスに変換される。
仮想アドレスでメモリにアクセスするシステムでは、以下の観察に基づいてメモリへのアクセスを制限するシステムを実現することが可能である。すなわち、所与の物理アドレスに変換される仮想アドレスがないようにアドレス変換マップが構成された場合、この物理アドレスで表されるメモリにはアクセス不可能である。例えば、図2に関して上述したページング方式で、メモリの所与のページ(例えばページ206(1))は、マップを介してこのページに至るパスがないようにすることによって、アクセス不可能にすることができる。このようなパスがない場合、このページに変換される仮想アドレス210はないことになる。すべてのメモリアクセスが仮想アドレスによって行われるシステムでは、アドレス変換マップに対する制御を実施して、メモリの所与のページ(または他の部分)に仮想アドレスを与えないことにより、このメモリ部分は実質的にアクセス不可能になる。メモリに対してある物理アドレス指定が可能なシステムであっても、物理アドレスに基づくアクセス要求に対する制御で、アドレス変換マップに対する制御を補うことにより、メモリをアクセス不可能にすることができる。
NA(P,s)∩MP(s)=φ
図2に示すとともに上述したアドレス変換マップは、ラベル付き有向グラフのモデルを使用して一般化することができる。以下、いくつかのタイプのアドレス変換マップに関する一般化モデルについて述べる。
−頂点のベース集合B
−英字L(空の場合もある)
−初期状態s0∈S(Sは状態)
−状態遷移規則のセット(空の場合もある)
−アドレス変換関数
−グローバルフラグ
−Gのエッジの変更(追加、削除、再ラベル付け)
−Gの頂点の追加または削除
−ルート集合Rの変更
−アルゴリズムは、場合によっては頻繁に、P(s)を計算しなければならない。
−通常、新しい状態s’は古い状態sから派生する。古い状態がプロパティPを有していた場合は、P(s)を仮定し、s’を生み出したsに対する変更(有限数)がPの違反につながるかどうかを分析するだけで、P(s’)を決定する複雑さを低減することが可能な場合がある。
プロパティPのタイプの1つは、頂点の集合で表すことができるプロパティである。例えば、図4に示すとともに上に論じた条件は、本質的に、集合MP(s)とNA(P,s)が相互に交差しないプロパティである。頂点の集合およびこれらの集合間の関係で表すことのできる多くのプロパティは、集合中の頂点の識別を記憶(またはキャッシュ)することによって効率的に実装することができる。
ローカルプロパティと非ローカルプロパティとの間に区別を設けることができる。ローカルプロパティは、所与の頂点に入射するエッジから計算することができる。すなわち、頂点vがプロパティPを有するかどうかを、vに入射するエッジだけから決定することが可能な場合、Pはローカルであると言う。そうでない場合は、Pは非ローカルである。ローカルプロパティの例は、「読み書き可能とラベル付けされた入エッジを頂点が有する」である。非ローカルプロパティの例は、「ページ(x86マシン上の)が読み書き可能マッピングを有する」である。
In−degP,Q(w)=|{v∈V:P(v)および(v,w,l)∈EおよびQ(l)}|
{v∈V:In−degP,Q(v)=k}
({x:xはラージページ入エッジを有する}共通部分{x:xは読み書き可能入エッジを有する}共通部分S2)和
({x:xはスモールページ入エッジを有する}共通部分{x:xは読み書き可能マッピングを有する}共通部分S3)
状態変更を効率的に評価する際に使用するためのデータをキャッシュするために、様々な方式を使用することができる。例示的なキャッシング方式について以下に述べる。
この方式では、集合を明示的に計算して記憶(キャッシュ)する。その後の状態変更のたびに、アルゴリズムはキャッシュを更新する。一例では、以下のアクセス演算を公開するキャッシュを維持することができる。
−Init() 空集合など、何らかの明確な値にキャッシュを初期化する。
−Add(S) S(単一要素または要素集合)をキャッシュに加える。
−Remove(S) S(単一要素または要素集合)をキャッシュから削除する。
−ShowCache(S) 現在キャッシュされているすべての要素を返す。
キャッシュは追加のアクセス演算を公開することもできる(例えば効率を高めるために)。
メモリアクセス制御を実施する基礎のアルゴリズムの詳細によっては、キャッシュが正確なターゲット集合を含む必要がない場合がある。例えば、ターゲット集合の何らかの上位集合または部分集合をキャッシュするだけで十分な場合がある。これにより、キャッシュを維持するコストを削減することができる。図3の例では、メモリアクセス制御条件は、MP(s)がNA(P,s)と交差しないことを要求する。しかし、NA(P,s)の正確なメンバを計算するのが不都合であるか実際的でない場合は、NA(P,s)の何らかの上位集合を計算してキャッシュし、次いで、MP(s)が、計算したNA(P,s)の上位集合と交差しないことを保証することが可能である。この技法では、通常なら許容できる何らかの状態変更を拒否することになる場合があるが、禁じるべき状態変更は許容しないことになる。これにより、メモリアクセス制御のための条件が保存される。
通常、エッジはソース頂点に記憶されるか、またはソース頂点と共に記憶される。例えば図2では、ページディレクトリおよびページテーブルは、他のページへのポインタ、ならびにそれらの属性を記憶する。所与の頂点について、すべての出エッジのターゲットを見つけるのは、通常は容易である。同時に、すべての入エッジのソースを見つけるのは、通常は高くつく。頂点はその入エッジに関する情報を持たないので、すべての入エッジを見つけるには、すべてのエッジの全数探索が必要である。
−Init() 0など、何らかの明確な値にキャッシュを初期化する。
−Increment()
−Decrement()
−GetValue()
− d=1,2,3について、Sdの上位集合Sd’をキャッシュする。
− d=2,3について、キャッシュを(a)明示的に記憶するか、(b)参照カウンタによって駆動することができる。
− ローカルラベルプロパティ「読み書き可能入エッジを有する」および「ラージ/スモールページ入エッジを有する」を計算する。
− 非ローカルプロパティ「読み書き可能マッピングを有する」を計算する。
− S2中の頂点の読み書き可能入エッジの数について、参照カウンタを使用する。この情報を使用して、非ローカルプロパティ「読み書き可能マッピングを有する」の計算を加速することができる。
図6に、本明細書に述べた技法を使用した、メモリアクセス制御を実施するための例示的なプロセスを示す。
110 コンピュータ
120 プロセッサ
121 システムバス
130 システムメモリ
131 読取り専用メモリ(ROM)
132 ランダムアクセスメモリ(RAM)
133 BIOS
134 オペレーティングシステム
135 アプリケーションプログラム
136 その他のプログラムモジュール
137 プログラムデータ
140 ノンリムーバブル不揮発性メモリインタフェース
141 ハードディスクドライブ
144 オペレーティングシステム
145 アプリケーションプログラム
146 その他のプログラムモジュール
147 プログラムデータ
150 リムーバブル不揮発性メモリインタフェース
151 磁気ディスクドライブ
152 磁気ディスク
155 光ディスクドライブ
156 光ディスク
160 ユーザ入力インタフェース
161 ポインティングデバイス
162 キーボード
170 ネットワークインタフェース
171 ローカルエリアネットワーク(LAN)
172 モデム
173 ワイドエリアネットワーク(WAN)
180 リモートコンピュータ
181 メモリ記憶デバイス
185 リモートアプリケーションプログラム
190 ビデオインタフェース
191 モニタ
195 出力周辺インタフェース
196 プリンタ
197 スピーカ
201 記憶位置
202 ページディレクトリ
204(1)、204(2)、204(3) ページテーブル
206(1)、206(2)、206(3)、206(4) ページ
210 仮想アドレス
211 ページディレクトリオフセット
212 ページテーブルオフセット
213 ページオフセット
220 メモリ管理ユニット(MMU)
301 第1のエントリ
302 アドレス
304 ページが「読取り専用」かどうかを示すビット
306 ページが「存在」するかどうかを示すビット
402 ソースsから見えるメモリ位置の集合MP(s)
404 ポリシーPの下でソースsからのアクセスが許可されないメモリ位置の集合NA(P,s)
500 グラフ
502、504、506、508、510、512 頂点
522、524、526、528、530、532、534 エッジ
550、552 頂点ではない要素
Claims (28)
- メモリアクセス要求を処理する方法を実施するためのコンピュータ実行可能命令を符号化したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、前記方法は、
メモリの一部にアクセスするための要求を受け取るステップであって、前記要求は、アドレス変換マップを介して変換可能な識別子によって、アクセスされる前記メモリの一部を識別する、受け取るステップと、
前記アドレス変換マップに関するキャッシュ済み情報に基づいて、前記要求の実行が、前記メモリへのアクセスを制限するポリシーに違反することになるかどうかを判定するステップであって、前記キャッシュ済み情報は、前記アドレス変換マップの、所定のプロパティを有するページの集合を識別するデータを含む、判定するステップと、
前記要求の実行が前記ポリシーに違反しない場合は、前記要求に従って前記メモリへのアクセスを可能にするステップと、
前記要求の実行が前記ポリシーに違反する場合は、
前記要求を阻止すること、または、
前記要求を前記ポリシーに違反しないように修正して、前記修正した要求を実行すること
のどちらかを実施するステップと
を備え、
前記キャッシュ済み情報は、前記アドレス変換マップ中の、前記アドレス変換マップのルートから所定距離にあるページの集合を識別するデータを含む
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記要求は、前記メモリの前記一部に書き込む要求を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記アドレス変換マップは前記メモリに記憶され、前記要求は、前記アドレス変換マップが記憶されたメモリの一部に書き込む要求を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記キャッシュ済み情報は、指定のページへの参照の数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記キャッシュ済み情報は、指定のページへの参照の数を示すデータを含み、前記参照は指定の属性を有する
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記キャッシュ済み情報は、前記アドレス変換マップ中の指定のページが参照するページの数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記キャッシュ済み情報は、前記アドレス変換マップ中の指定のページが参照する、また、前記指定のページが指定の属性を割り当てるページの数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記ポリシーへの適合は、集合中のページのメンバシップに基づいて判定され、前記キャッシュ済み情報は、前記集合の適切な上位集合を含み、前記要求の実行が前記ポリシーに違反することになるかどうかを判定する前記動作は、前記ページが前記上位集合のメンバかどうかを評価することを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 前記ポリシーへの適合は、集合中のページのメンバシップに基づいて判定され、前記キャッシュ済み情報は、前記集合の適切な部分集合を含み、前記要求の実行が前記ポリシーに違反することになるかどうかを判定する前記動作は、前記ページが前記部分集合のメンバかどうかを評価することを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - アドレス変換マップを介してアクセスが提供されるコンピュータメモリを管理する方法であって、
前記アドレス変換マップの状態の少なくとも1つの態様に関する情報を記憶するステップであって、前記記憶済み情報は、前記アドレス変換マップの、所定のプロパティを有するページの集合を識別するデータを含む、記憶するステップと、
前記コンピュータメモリにアクセスするための要求を受け取るステップと、
前記記憶済み情報に少なくとも部分的に基づいて、前記要求の実行が、前記コンピュータメモリへのアクセスを制限するポリシーに違反することにならないと判定するステップと、
前記要求の実行を可能にするステップと、
前記要求の実行から生じる前記アドレス変換マップの状態を反映するように、前記記憶済み情報を更新するステップと
を備え、
前記記憶済み情報は、前記アドレス変換マップ中の、前記アドレス変換マップのルートから所定距離にあるページの集合を識別するデータを含む
ことを特徴とする方法。 - 前記要求は、前記コンピュータメモリの一部に書き込む要求を含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記アドレス変換マップは前記メモリに記憶され、前記要求は、前記アドレス変換マップが記憶されたメモリの一部に書き込む要求を含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記記憶済み情報は、指定のページへの参照の数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記記憶済み情報は、指定のページへの参照の数を示すデータを含み、前記参照は指定の属性を有する
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記記憶済み情報は、前記アドレス変換マップ中の指定のページが参照するページの数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記記憶済み情報は、前記アドレス変換マップ中の指定のページが参照する、また、前記指定のページが指定の属性を割り当てるページの数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記ポリシーへの適合は、集合中のページのメンバシップに基づいて判定され、前記記憶済み情報は、前記集合の適切な上位集合を含み、前記要求の実行が前記ポリシーに違反することにならないと判定する前記動作は、前記ページが前記上位集合のメンバかどうかを評価することを含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 前記ポリシーへの適合は、集合中のページのメンバシップに基づいて判定され、前記記憶済み情報は、前記集合の適切な部分集合を含み、前記要求の実行が前記ポリシーに違反することにならないと判定する前記動作は、前記ページが前記部分集合のメンバかどうかを評価することを含む
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - アドレス変換マップによってアドレス指定されるメモリへのアクセスを制御するためのシステムであって、
前記メモリへのアクセスを制限するポリシーを記憶する1つまたは複数の記憶位置と、
前記アドレス変換マップに関する情報を記憶するキャッシュであって、前記キャッシュに記憶された情報は、前記アドレス変換マップの、所定のプロパティを有するページの集合を識別するデータを含む、キャッシュと、
前記メモリにアクセスするための要求を受け取り、前記キャッシュに記憶された前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記要求が前記ポリシーの下で許可できるかどうかを判定する論理とを備え、
前記論理は、前記要求が前記ポリシーの下で許可できると判定された場合は、前記要求の続行を可能にし、前記要求が前記ポリシーの下で許可できないと判定された場合は、(1)前記要求を阻止すること、または、(2)前記要求を前記ポリシーの下で許可できる形に修正して、前記修正した要求の続行を可能にすること、のどちらかを実施し、
前記キャッシュに記憶された情報は、前記アドレス変換マップ中の、前記アドレス変換マップのルートから所定距離にあるページの集合を識別するデータを含む
ことを特徴とするシステム。 - 前記要求は、前記メモリの一部に書き込む要求を含む
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記アドレス変換マップは前記メモリに記憶され、前記要求は、前記アドレス変換マップが記憶されたメモリの一部に書き込む要求を含む
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記キャッシュに記憶された情報は、指定のページへの参照の数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記キャッシュに記憶された情報は、指定のページへの参照の数を示すデータを含み、前記参照は指定の属性を有する
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記キャッシュに記憶された情報は、前記アドレス変換マップ中の指定のページが参照するページの数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記キャッシュに記憶された情報は、前記アドレス変換マップ中の指定のページが参照する、また、前記指定のページが指定の属性を割り当てるページの数を示すデータを含む
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記ポリシーへの適合は、集合中のページのメンバシップに基づいて判定され、前記キャッシュに記憶された情報は、前記集合の適切な上位集合を含み、前記論理は、前記ページが前記上位集合のメンバかどうかを評価することによって、前記要求を許可することが前記ポリシーに違反することになるかどうかを判定する
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記ポリシーへの適合は、集合中のページのメンバシップに基づいて判定され、前記キャッシュに記憶された情報は、前記集合の適切な部分集合を含み、前記論理は、前記ページが前記部分集合のメンバかどうかを評価することによって、前記要求を許可することが前記ポリシーに違反することになるかどうかを判定する
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。 - 前記論理はハードウェアとソフトウェアのうちの少なくとも一方において実現される
ことを特徴とする請求項19に記載のシステム。
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