JPH04322343A - メモリアクセスのトレ−ス方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、メモリ保護機構を有す
る計算機システムにおけるメモリアクセストレース方式
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５はＭａｕｒｉｃｅ　　Ｊ．Ｂａｃｈ
著のＵＮＩＸカーネルの設計に示された従来のメモリ管
理機構の一例を示すシステムブロック図である。図５に
おいて、１は命令を実行する命令処理部、２は命令がメ
モリアクセスを行う時、後記のメモリ管理ユニットでこ
のアクセスが不正即ち保護例外と判定された場合に命令
処理部１を制御する処理制御部、４は命令処理部１がア
クセスする仮想アドレスを受けてこのアクセスの可否を
判断し、可なら同仮想アドレスを実アドレスに変換し、
否なら処理制御部２に制御を渡すメモリ管理ユニット、
５は実メモリを装備しているメモリユニットである。次
に図６を説明する。図６は図５のシステムブロック図中
のメモリ管理ユニット４が取り扱う３つ組のレジスタよ
りなるデータ表とページ表を示し、これらによってプロ
グラムの実行単位であるプロセスがアクセスする仮想ア
ドレスとメモリユニット５上の実メモリアドレスとの対
応付けがなされる。１１はレジスタにより構成されるデ
ータ表である。同データ表において、カーネル用及びユ
ーザ用の各レジスタ３つ組を構成する１番目のレジスタ
はページ表を格納する実メモリ上のアドレスを示し、２
番目のレジスタは、レジスタ３つ組の各セットが指定す
る領域の開始仮想アドレスを示し、３番目のレジスタは
ページ表内のページ数と保護即ちアクセス許可の種別（
読み込み専用、読み書き用）を示す。この例では、デー
タ表１１内は、カーネル用レジスタ３つ組１、カーネル
用レジスタ３つ組２、カーネル用レジスタ３つ組３の３
セットのカーネル用３つ組レジスタと、ユーザ用レジス
タ３つ組１、ユーザ用レジスタ３つ組２、ユーザ用レジ
スタ３つ組３の３セットのユーザ用３つ組レジスタによ
り構成される。また１２はデータ表１１と対応するユー
ザプロセス（計算機のプログラム実行単位を以下プロセ
スと呼ぶ。）領域ページ表、１３は同様にカーネル領域
ページ表で双方共メモリユニット５上にある。

【０００３】次に動作について説明する。従来のシステ
ムではシステムの中枢に位置しシステム全体を管理する
カーネル領域とユーザプログラムが動作する領域または
それ以上に階層化してユーザプログラムの不正なコード
等によってカーネル領域が破壊されないように保護機構
を実現している。この従来例ではシステムは現在実行さ
れようとしているプロセスのプログラムコードがカーネ
ルモード（特権モード）かあるいはユーザモードかによ
ってメモリ管理ユニット４にある３つ組レジスタや、こ
れらに対応するユーザプロセス領域／カーネル領域ペー
ジ表１２、１３などを使用してアクセスを許可するかど
うかを制御する保護機構を実現している。例えば、現在
実行されようとしているプロセスのプログラムコードが
、ユーザモードなら、システムは、対応するユーザ用レ
ジスタ３つ組とユーザプロセス領域ページ表１２とをメ
モリ管理ユニット４にロードし、同時にカーネル用レジ
スタ３つ組の保護をアクセス禁止とすることで保護機構
を実現しカーネル領域のアクセスを禁止する。ユーザプ
ロセスの実行が開始され、メモリ管理ユニット４に対し
、ユーザプロセスがアクセスする仮想アドレスが送信さ
れると、メモリ管理ユニット４は３セットのユーザ用レ
ジスタ３つ組の中から、該仮想アドレスと各３つ組を構
成する２番目のレジスタが保持するプロセスの開始仮想
アドレスと３番目のレジスタが保持するユーザプロセス
領域内のページ数によって該仮想アドレスに対応するユ
ーザレジスタ３つ組の１セットを選択する。もし、該仮
想アドレスに対応するユーザレジスタ３つ組がない場合
は保護例外を発生させて処理制御部２に制御を渡す。 選択されたユーザ用レジスタ３つ組の３番目のレジスタ
が保持する保護の情報によりメモリ管理ユニット４は該
仮想アドレスのアクセス権の有無を検出する。送られた
仮想アドレスを含むユーザプロセス領域に対するアクセ
ス権があれば、メモリ管理ユニット４はメモリユニット
５よりロードした該当のユーザプロセス領域ページ表１
２によって該ページ表内の当該プロセス開始実アドレス
、当該仮想アドレスと当該プロセスの開始仮想アドレス
との変位、ページ数をもとに実アドレスを計算しメモリ
ユニット５にアクセスする。また、送られた仮想アドレ
スに対するアクセス権がない時は、メモリ管理ユニット
４は保護例外を処理制御部２に伝え、実行中のプロセス
に対し、例えば強制終了などを行う。また、現在実行さ
れようとしているプロセスのプログラムコードが、カー
ネルモードなら、システムは、既に述べた様なカーネル
用レジスタ３つ組への操作によりカーネル領域のアクセ
スを許可するようメモリ管理ユニット４に伝える。カー
ネルモードの実行コードがアクセスする仮想アドレスを
メモリ管理ユニット４に伝える。前記ユーザモードでの
仮想アドレスへのアクセスの場合と同様の要領でメモリ
管理ユニット４は、カーネル領域ページ表１３とデータ
表１１を基に、実アドレスを計算し、メモリユニット５
へアクセスする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、実行
モードの異なるメモリ保護違反を検出することおよび、
異なるモード間のアクセスを管理することは可能である
。しかし、例えば開発中のプログラムコードが、同一実
行モード内の領域に不正なアクセスを行うような場合、
この種のバグの発見は極めて困難であるという問題点が
あった。

【０００５】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、同一の実行モード内でのメモリ
アクセストレース機構を実現することを目的としている
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るメモリアク
セスのトレース方式はメモリ保護領域の設定／解除をす
る手段とトレース種別（参照のみ、書き込みのみ、参照
書き込み双方のトレースなど）を指定する手段とその指
定に基いてトレースを行う手段により、同一実行モード
内でのメモリ保護領域アクセスのトレースを行う。

【０００７】トレースはメモリ領域に対する保護の種別
を設定／解除する手段により当該メモリ保護領域へのア
クセスを禁止し、同領域内のアドレスのアクセス時にア
クセスの保護例外を発生させそのトレースを行った（第
一段階）後、同メモリ保護領域のアクセス禁止を解除し
て実際に当該実行モードのアクセス権をチェック後メモ
リアクセス（第２段階）を行う。

【０００８】

【作用】本発明におけるメモリアクセスのトレース方式
はメモリ保護領域の設定／解除をする手段とトレース種
別を指定する手段とトレースを行う手段により、同一実
行モードでのメモリ保護領域アクセスに対し、所望のト
レースを行う。

【０００９】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図を参照して説
明する。図１は本発明の一実施例を示すシステムブロッ
ク図である。図１において、１は命令処理部、２は処理
制御部、３はトレース指示テーブルで命令処理部１と処
理制御部２とで共通に扱う仮想アドレスアクセスのトレ
ース指示情報を保持し、その構成は図２により後述する
。５はメモリユニットである。トレース指示テーブル３
以外は図５に同一符号を付した従来のそれらと同一或い
は相当部分であるため説明は省略する。

【００１０】メモリ管理ユニット４は実行モードに基づ
いたアクセス権に関する情報を前記のデータ表１１に保
持しており命令処理部１から仮想アドレスを受信し、既
に述べた要領でデータ表１１により同仮想アドレスのア
クセス権の有無を判定し、有の仮想アドレスならデータ
表１１、ユーザプロセス／カーネル領域ページ表１２、
１３により実アドレスへの変換を行い、実アドレスをメ
モリユニット５に送信しアクセスを行う。前記データ表
１１及びユーザプロセス／カーネル領域ページ表１２、
１３などの変換テーブル内にあり、アクセス権のない仮
想アドレスならメモリ管理ユニット４は処理制御部２へ
割込み信号を出力し、仮想アドレスとそれに対応する実
アドレスを送出する。ユーザプロセス／カーネル領域ペ
ージ表１２、１３内にない仮想アドレスなら同様に仮想
アドレスのみ送出する。これらの動作はトレース指示テ
ーブル３を用いて命令処理部１と処理制御部２間での情
報交換により行う。トレース指示テーブル３をシステム
に１つ用意するがその構成は図２に示す通りである。以
下図２を使ってトレースを説明する。図２は図１のトレ
ース指示テーブル３の構成を示す。図２のトレース指示
テーブル構成６において、６０はビット０でシステムの
トレース機能の有効ビットを示しトレース有効が１、無
効が０としこのビットにより本トレース機能全体のマス
ク即ちトレース機能の着脱を行うことができる。６１の
ビット１はトレース指示ビットで例えばプログラム中で
オンオフすることによってプログラムの部分的なトレー
スが可能であり、１がトレース有効で、０がトレース無
効である。６２はビット２でトレース中ビットであり処
理制御部２が、トレース中による故意のメモリ保護エラ
ーか、実際の当該実行モードでのメモリ保護エラーかど
うかを判別するためのビットである。６３のビット３と
ビット４はトレース種別を示し０で書き込みと参照をト
レースし、１で参照のみ、２で書き込みのみのトレース
を行う。６５のビット５は、命令種別ビットで、０で参
照、１で書き込みを示す。６６のビット６からビットｋ
は、命令実行時のプログラムカウンタで長さは、計算機
に依存する。６７のビットｋ＋１からビットｎは、命令
実行時のシステムで定義されたプロセス番号で長さはシ
ステムに依存する。

【００１１】次に、トレース動作を、図１、図２及び図
３、図４のフローチャートを用いて説明する。図３はト
レース処理における命令処理部１のフローチャート、図
４は処理制御部２のフローチャートである。まず図３に
おいて、図１の命令処理部１で発生した命令が、メモリ
アクセス命令かどうかを判別し、（ステップ１００。 尚、図上ではステップをＳと表示。以下同様）メモリア
クセス命令以外はトレース処理を行わない（ステップ１
１４）。ステップ１０１で、図２のトレース指示テーブ
ル６のトレース機能有効ビット６０によりシステムがト
レースを有効としているかをチェックする。もし無効な
ら通常のメモリアクセス命令を行う（ステップ１１２）
。また、ステップ１０２では、現在行われているコード
がトレース対象中かどうかを示すトレース指示ビット６
１をチェックし、トレース対象ではない場合は、通常の
メモリアクセスを行う（ステップ１１２）。

【００１２】次に、トレース指示テーブル構成６のトレ
ース種別６３を取得し（ステップ１０３）、行おうとし
ている命令とトレース種別が合致せずトレースの必要が
ない場合は、通常のメモリアクセスを行う（ステップ１
１２）。ステップ１０５では図１の処理制御部２にトレ
ース用の保護例外を伝えるためにトレース指示テーブル
構成６内のトレース中ビット６２をオンにする。次にス
テップ１０６で命令の種別（メモリ書き込みなら１、メ
モリ参照なら０）、実行時のプログラムカウンタ、実行
プロセスの番号を命令種別ビット６５、プログラムカウ
ンタ６６、プロセス番号６７にそれぞれ格納する。次に
図１のメモリ管理ユニット４のデータ表１１へ、同一実
行モード内のアクセスを禁止するよう伝え（ステップ１
０７）、仮想アドレスを送信する（ステップ１０８）。 メモリ管理ユニット４では、送られた仮想アドレスがア
クセス可能かどうかを前記図６の従来技術と同様の要領
でデータ表１１によりチェックしアクセス可能ならカー
ネル／ユーザプロセス領域ページ表１２、１３により実
アドレスに変換して図１のメモリユニット５へ送信する
。もしアクセス不可能なら処理制御部２へエラーを伝え
る。

【００１３】ステップ１０９は処理制御部２の処理であ
り図４を用いて説明する。図４のステップ１２０はメモ
リ管理ユニット４が実行した結果即ち例えば命令処理部
１からの仮想アドレスに対するアクセスが許可されてい
るか否かを図６のデータ表１１により判定した結果に基
づく分岐処理である。例えば現在実行している実行モー
ドより低いレベルの実行モードへのメモリアクセスが許
可されているシステムでは保護例外は発生しない。アク
セスが許可されていないエラーであればステップ１２１
に進み、エラーでなければＳ１０９の処理を終了する。 ステップ１２１は、トレース指示テーブル構成６内のト
レース中ビット６２をチェックし、このビットがオンな
らトレースのために故意に保護例外をおこしていること
を示し，命令種別ビット６５と命令実行時のプログラム
カウンタ６６、命令実行時のプロセス番号６７及びメモ
リ管理ユニット４より送られた仮想アドレス、実アドレ
スとからトレースデータを作成する（ステップ１２２か
ら１２３）。そして、トレース中ビット６２をオフにし
てトレースの終了を命令処理部１に伝える（ステップ１
２４）。

【００１４】再び図３の命令処理部１の処理に戻る。ス
テップ１１０では、トレース指示テーブル構成６の中の
トレース中ビット６２をチェックし、トレースが終わっ
たかどうかを判断する。もし、オンならエラーではなか
ったこと、即ちスッテップ１２０で説明したように現在
の実行モードより低いレベルの実行モードへのアクセス
が許可されたことを意味し、この場合は、トレース中ビ
ット６２をオフにして終了する。もし、トレース中ビッ
ト６２がオフなら、メモリ管理ユニット４のデータ表１
１へ同一実行モード内のアクセス許可の送信を行い（ス
テップ１１１）、仮想アドレスをメモリ管理ユニット４
に再出力する（ステップ１１２）。メモリ管理ユニット
４では、送られた仮想アドレスがアクセス可能かどうか
を図６の従来技術のデータ表１１と同様の要領で、チェ
ックしアクセス可能なら実アドレスに変換して図１のメ
モリユニット５へ送信する。もしアクセス不可能なら処
理制御部２へ当該実行モードでの保護例外の発生を伝え
る。

【００１５】そして、再びステップ１１３より処理制御
部２へ入り、図４のステップ１２０でエラーの判定を行
う。ここで、エラーでなければ終了する。もしここでエ
ラーなら前記のＳ１０７、Ｓ１０８で故意に発生させた
保護例外ではなく、当該実行モードでのメモリ保護例外
であるのでステップ１２１へ進み、ここではトレース中
ビット６２は、オフなのでメモリ保護例外処理、例えば
プロセスの強制終了等の処理を行う（ステップ１２５）
。

【００１６】図２のトレース指示テーブル構成６のトレ
ース機能有効６０により本トレース機能の着脱を行うこ
とは前記した通りである。これにより例えば不正アクセ
スのないことを確認后はトレース機能を無効とすること
ができ、システムの実運用に際しては本トレース機能を
無効にしトレースによるオーバヘッドの問題を解消する
ことができる。

【００１７】尚、上記実施例ではトレース対象を、当該
プログラムの実行モード内のメモリアクセス領域とし、
当該実行モードでのアクセスの可否を図６におけるデー
タ表１１のレジスタ３つ組の保持する保護機能を設定／
解除することによりトレース情報を得る例を示したが、
当該プログラムの実行モードにてアクセス可能な、より
広範な領域、例えば低位レベルの実行モードのメモリア
クセス領域に対するアクセスもトレース対象として、本
発明を実施してもよく、低位レベルのアクセス領域の保
護を図６におけるデータ表１１内のレジスタ３つ組の保
持する保護機能を設定／解除することにより、上記実施
例と同様の効果を奏する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係わるメモ
リアクセスのトレース方式は、ある実行モードで動作す
るプログラムコードが、同一実行モードにあるメモリア
クセスする様子をトレースでき、またプログラムコード
でトレースの範囲を指定できるため、例えばデバッグ過
程にあるプログラムコードの不具合によって起こる不正
な書き込み等を早期に発見できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示すシステムブロック図

【
図２】本発明の１実施例で用いた図１のトレース指示テ
ーブル構成図

【図３】図１の命令処理部における処理のフローチャー
ト図

【図４】図１の処理制御部における処理のフローチャー
ト図

【図５】従来のメモリ管理機構を示すシステムブロック
図

【図６】従来のメモリ管理機構を示すデータ図

【符号の説明】

１　　命令処理部 ２　　処理制御部 ３　　トレース指示テーブル ４　　メモリ管理ユニット ５　　メモリユニット ６　　トレース指示テーブル構成 ６０　　トレース機能有効ビット ６１　　トレース指示ビット ６２　　トレース中ビット ６３　　トレース種別 ６５　　命令種別ビット ６６　　命令実行時のプログラムカウンタ６７　　命令
を実行のプロセス番号 １１　　データ表 １２　　ユーザプロセス領域ページ表 １３　　カーネル領域ページ表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　カーネルモードとユーザモード或いは
   これら以外のモードを含めた計算機実行モードの任意の
   １つのモードにおけるメモリ領域保護において、メモリ
   保護領域に対する保護の種別を設定／解除する手段と、
   前記メモリ保護領域へのアクセス情報を取得するトレー
   スの種別を指定する手段と、その指定に基づいてトレー
   スをする手段とから構成され、前記メモリ保護領域への
   アクセスのトレースに当たり、先ず第一段階で前記保護
   の種別を設定／解除する手段により当該メモリ保護領域
   へのアクセスを禁止して前記トレース種別を指定する手
   段並びにその指定に基づいてトレースをする手段により
   所望のアクセストレースを行い、第二段階では同様の手
   段により同メモリ保護領域へのアクセス禁止を解除して
   実際の当該実行モードのアクセス権をチェックしてメモ
   リアクセスを行うことを特徴とするメモリアクセスのト
   レース方式。