KR102333693B1 - 전자 장치의 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 장치 - Google Patents

전자 장치의 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

전자 장치의 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 장치가 제공된다. 전자 장치는 보안 OS와 비보안 OS를 수행하기 위한 동작 명령을 저장하는 메모리와 복수의 프로세서 코어를 갖는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 적어도 하나의 프로세서는, 전자 장치에 설치된 보안 OS에서 적어도 하나의 보안 OS 스레드가 생성되면, 보안 OS에서 복수의 프로세서 코어 중 적어도 하나의 프로세서 코어를 지정하여 보안 모드 동작 수행 요청을 나타내는 정보를 생성하고, 이에 기초하여 할당된 적어도 하나의 프로세서 코어에서 보안 모드로 상기 보안 OS 스레드를 실행한다.

Description

전자 장치의 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPERATING MULTI-PROCESSOR SYSTEM IN ELECTRONIC DEVICE}
본 개시는 전자 장치의 다중 프로세서 시스템에 관한 것으로서, 특히 전자 장치의 보안 OS(operating system)와 비보안 OS에 의한 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 장치에 관한 것이다.
지난 수십 년 동안 전 세계에서 전자 장치과 같은 모바일 전자 장치 사용이 크게 증가하면서, 전자 장치는 음성 통신을 수행하고 SMS(short message service) 메시지를 교환하는 것만을 목적으로 하는 통상적인 이동 전화로부터 소형의 강력한 컴퓨팅 장치로 발전하여, 기본적인 통신 능력 외에, 다양한 확장이 가능한 인터넷 기반 기능을 포함하게 되었다. 특히, 현재 스마트폰의 하드웨어는 일반적으로 복수의 프로세서 또는 복수의 CPU(central processing unit) 코어를 포함하는 강력한 프로세서 또는 CPU와 대량의 기록 용량을 갖는 다중 레벨 메모리 시스템을 포함한다.
또한, 최신 전자 장치에는 운영 체제(operating system, OS)가 설치되어 있어, 대부분의 응용 프로그램, 즉 어플리케이션 또는 앱은 인터넷을 통해 설치되고, 전자 장치의 OS 하에서 동작하여 사용자에게 여러 기능을 제공한다. 스마트폰에서 가장 많이 사용되는 모바일 운영체제는 안드로이드(android) 및 아이오에스(iOS)며, 모바일 앱은 일반적으로 두 개의 OS 각각에서 동작 가능한 각각의 버전으로 개발되고 있다.
전자 장치가 소형 컴퓨팅 장치로 부상함에 따라 컴퓨터에서 종전에 구현된 멀티 스레딩 기술을 전자 장치에 적용하고자 하는 움직임이 대두하였다. 멀티 aid스레딩 기술은 응용 프로그램의 실행을 다수의 실행 스레드(threads)로 분할하고, 응용 프로그램의 다수의 실행 스레드를 다수의 CPU 또는 다수의 CPU 코어에서 병렬로 실행함으로써 성능을 향상시키도록 설계되었다. 멀티 스레딩 기술은 특히 연산 집약적 앱에 유리하다. 최신 전자 장치의 모바일 OS는 이러한 연산 집약적 앱을 지원하기 위해 멀티 스레딩을 지원하도록 설계되는 추세이며, 이에 따라 다양한 액션 게임, 멀티미디어 앱 등과 같은 연산 집약적 앱의 원활한 동작을 지원할 수 있다.
한편, 전자 장치의 연산 능력 향상으로 인해 효율적인 전력 관리의 문제가 대두하였다. 최근의 스마트폰은 완충된 배터리가 한나절을 채 버티지 못하여 사용자에게 불편함을 주는 것이 일반적이다. 이에 따라 최신 전자 장치의 모바일 OS는 다수의 CPU 코어에 대해 경우에 따라 개별 CPU 코어를 비활성화하여 전력 소모를 줄이고 필요한 경우 개별 CPU 코어를 순차적으로 활성화하여 사용한다.
문제는 보안이다. 최근 전자 장치는 다수의 앱 뿐만 아니라 모바일 OS 자체도 업데이트 등으로 확장 가능하므로, 인터넷을 통해 OS 또는 앱을 업데이트 또는 확장할 때 OS를 커널 수준까지 손상시킬 수 있는 악성 코드 등의 시스템 파괴 소프트웨어가 다운로드 될 수 있다. 따라서 데이터에 대해 보안 또한 상당히 취약해지게 된다.
프로세서 아키텍처 설계 분야의 공지 기술인 트러스트 존(TrustZone) 기술에 따르면, 전자 장치의 리소스 측면에서 하드웨어 수준까지 서로 분리된 2개의 독립적인 환경인 보안 환경('보안 세계')과 비보안 환경('비보안 세계')이 제안된다. 2개의 독립적인 환경을 구현하기 위해 보안 환경에서 동작하는 시큐어 OS(secure OS)와 비보안 환경에서 동작하는 리치 OS(RichOS)를 각각 구현하여, CPU 또는 CPU 코어 각각이 보안 모드(secure mode) 또는 비보안 모드(non-secure mode)에서 작동하도록 구성된다. 하나의 CPU 코어가 보안 모드로 전환되면 시큐어 OS는 해당 CPU 코어에 대한 제어를 획득하고 보안 환경에서 사용하도록 규정된 전자 장치의 리소스를 사용할 수 있다. 또한, 다른 CPU 코어가 비보안 모드에 있으면 리치 OS가 해당 CPU 코어에 대한 제어를 획득하고 비보안 환경에서 사용하도록 규정된 리소스를 사용할 수 있다.
리치 OS의 대표적인 예로는 안드로이드(Android)와 타이젠(Tizen)이 있으며, 리치 OS는 일반적으로 OS 인터페이스 및 유틸리티 또는 그 아래에서 실행되는 응용 프로그램과 관계없이 사용자가 직접 상호 작용하는 완전한 기능의 OS로 동작한다. 리치 OS의 일반적인 운영 측면은 널리 알려져 있으며, 리치 OS는 전자 장치의 하드웨어 수단을 직접 조작하는 드라이버를 포함하여 대부분의 드라이버를 구현하고, 특히 CPU 코어를 활성화 및 비활성화한다.
리치 OS와는 달리 시큐어 OS는 크기가 작고 기능이 매우 제한되어 있어 오류가 발생하기 쉽고, 실제 보안 측면에서 민감한 작업만을 실행하며, 시큐어 OS에서만 실행되는 응용 프로그램 예를 들면, 신뢰성 응용 프로그램을 구동한다. 시큐어 OS의 제한된 기능으로 인해 시큐어 OS는 시큐어 OS 스레드의 실행을 위한 연산 자원을 직접 할당할 수 없다. 시큐어 OS는 리치 OS를 통해 리치 OS의 자체적 통신 프로세스에 따라 할당된 자원을 사용한다. 따라서 시큐어 OS 스레드에 따라 필요한 만큼의 CPU 코어를 할당받을 수 없다. 또한, 시큐어 OS는 유휴 CPU 코어를 활성화할 수 없으며, 시큐어 OS 작업을 최적화하기 위해 리치 OS에 이러한 활성화를 수행하도록 요청할 수도 없다.
결과적으로 시큐어 OS는 병렬 처리가 요구되는 실행이 있는 경우에도 단 하나의 CPU 코어에서 처리해야 하는 단일 코어 병렬화가 발생할 수 있다. 예전에는 시큐어 OS에서의 실행 성능 문제는 기술 분야에서 큰 관심사가 아니었으나 연산 집약적 보안 응용 프로그램들이 증가하고 있어 이에 따라 시큐어 OS 자체 성능뿐만 아니라 전체 전자 장치에 성능 문제를 일으키고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는 전자 장치의 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 그 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는 상술한 종래 기술의 문제점을 개선하는 전자 장치의 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 그 장치를 제공한다.
본 개시에 따르면, 전자 장치 동작 방법이 제공된다. 전자 장치는 복수의 CPU(central processing unit) 코어를 갖는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 각각의 CPU 코어는 보안 모드 또는 비보안 모드로 동작한다. 전자 장치에는 멀티 스레딩을 지원하는 비보안 운영 체제 및 보안 운영 체제가 설치되었다. 보안 OS(operating system) 및 비보안 OS는 하드웨어 레벨까지 서로 분리되며 적어도 하나의 미리 정의된 인터페이스를 통해 서로 통신할 수 있다. OS에서 스레드를 호출할 때, 보안 OS에서는 스레드를 CPU 코어에 할당하고, 이에 따라 CPU 마스크를 수정한다. CPU 마스크는 보안 OS에서 CPU 코어들에 대한 요청을 나타내는 정보를 비보안 OS에 전달하여 CPU 들에 대해 제어를 획득하기 위해 유지하는 데이터 구조이다. 보안 OS에 의해 수정된 CPU 마스크는 비보안 OS로 전달되고, 비보안 OS는 이에 기반하여, CPU 코어가 비활성화 된 경우 CPU 코어를 활성화하고, CPU 코어를 보안 모드로 전환함으로써 CPU 코어에 대한 제어를 보안 OS에 제공한다.
본 개시의 실시 예에 따라, 전자 장치의 자원 측면에서 비보안 환경과 보안 환경의 격리가 구현된다. CPU 코어 별로 비보안 환경과 보안 환경이 각각 구현된다. CPU 코어가 보안 모드에 있을 때, 보안 OS가 CPU 코어의 제어를 획득하고, 전자 장치의 자원을 보안 환경에서 사용할 수 있도록 운영한다. CPU 코어가 비보안 모드에 있을 때, 비보안 OS는 CPU 코어에 대한 제어를 획득하고, 비보안 환경에서 사용 가능한 전자 장치의 자원을 운영할 수 있다. 장치는 보안 환경에서 동작하는 경우, 비보안 환경에서는 사용할 수 없도록 구현된 하드웨어 자원을 포함한다. 보안 OS 스레드의 실행을 예약하도록 구성된 보안 OS 스케줄러를 포함한다. 비보안 OS는 비보안 OS 스레드의 실행을 예약하도록 구성된 비보안 OS 스케줄러 및 보안 OS 스케줄러와 통신하도록 구성된 비보안 OS 드라이버를 포함한다. 비보안 OS 드라이버는 CPU 코어를 활성화하도록 구성된다. 통신 프로세스는 통신 스레드 세트를 포함하며 각 통신 스레드는 서로 다른 CPU 코어에 매핑되어, 해당 CPU 코어에서 실행될 때 해당 CPU 코어가 보안 모드로 전환되도록 한다. 매핑은 통신 스레드의 선호도 속성을 설정하여 구현될 수 있다. 전자 장치는 보안 OS에 의해서만 접근 가능한 메모리 영역을 갖는다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 스레드는 보안 환경에서 실행되는 신뢰 어플리케이션에 의해 생성된 하나 이상의 보안 OS 스레드 중 하나이다. 신뢰 어플리케이션에 의해 수행될 명령을 비보안 OS 클라이언트가 제공하면, 통신 프로세스는 해당 명령을 큐에 배치하고, 해당 명령에 대해 통신 스레드를 할당한다. 해당 통신 스레드가 CPU 코어 상에서 시작될 때, CPU 코어를 보안 모드로 전환하고, 해당 CPU 코어에서 보안 OS 스케줄러가 실행되어 적어도 해당 스레드를 차단 해제한다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 보안 OS 스케줄러에 의해 유지되는 데이터 구조는 비트 필드를 포함한다. 보안 OS 스케줄러에 의해 비트 필드가 수정된다. 비트 필드의 수정은, 해당 CPU 코어에 신뢰 어플리케이션의 보안 OS 스레드가 이전에 할당되지 않은 경우, 해당 CPU 코어에 대응하는 비트 엔트리를 설정하는 것을 포함한다. 이에 따라 해당 스레드가 보안 OS 스케줄러 큐에 배치되고, 스레드의 실행을 위해 시간이 할당된다.
보안 OS 스케줄러에 의한 통신 프로세스에 따르면, CPU 코어에서 실행되는 보안 OS 스레드의 완료 또는 선점이 발생한다. 보안 OS 스레드 완료 시에는, 보안 OS 스레드가 차단되며, 해당 CPU 코어에서 현재 어느 보안 OS 스레드도 실행되고 있지 않으면, 해당 CPU 코어에 대응하는 비트 엔트리를 폐기하는 것으로 해당 CPU 마스크가 갱신되고, 갱신된 CPU 마스크는 해당 실행의 결과에 매입되어 비보안 OS에 결과가 전달된다. 선점 발생 시에는, CPU 마스크가 실행이 완료되지 않았음을 나타내는 결과에 매입되어 비보안 OS로 결과가 전달되거나 CPU 마스크가 공유 메모리에 저장된다. 이에 따라 해당 CPU 코어에 대한 제어는 비보안 환경으로 전환된다.
본 개시에 따른 통신 프로세스에 따르면, 비보안 OS 드라이버에 의해 상기 결과로부터 또는 공유 메모리로부터 CPU 마스크를 검색하고 해당 CPU 마스크를 현재 활성화된 CPU 코어들에 매칭한다. 특정 CPU 코어가 현재 비활성화 상태이면, 해당 CPU 코어를 활성화한다. CPU 마스크를 저장하여 통신 프로세서에서 이용하도록 한다.
본 개시에 따른 통신 프로세스에 따르면, CPU 마스크를 모니터링하고 해당 CPU 코어에 매핑된 통신 스레드를 차단 해제하여 비보안 OS 스케줄러에 의해 통신 스레드가 비보안 OS 스케줄러 큐에 배치되도록 한다. 비보안 OS 스케줄러 큐로부터 통신 스레드의 실행이 해당 CPU 코어에서 시작되면 통신 스레드에 의해 해당 CPU 코어가 보안 모드로 전환된다. 따라서 해당 CPU 코어에서의 제어가 보안 환경으로 전환되고 해당 CPU 코어에서 보안 OS 스케줄러의 동작이 시작되며 보안 OS 스케줄러가 스레드를 실행한다.
CPU 코어에서의 스레드의 실행이 완료되면, 보안 OS 스케줄러에 의해 스레드가 차단되고, CPU 마스크가 갱신되어 실행 결과에 매입되며, 결과는 비보안 OS 드라이버로 제공되어 해당 CPU 코어에 대한 제어는 다시 비보안 환경으로 전환된다. 스레드의 차단은, 다른 보안 OS 스레드가 해당 CPU 코어에 현재 할당되지 않았으면 보안 OS 스케줄러에 의해 비트 엔트리를 폐기하는 것으로 갱신될 수 있다. 또한, 통신 프로세스에 따라 보안 OS 드라이버로부터 수신된 결과는 추가 처리를 위해 비보안 OS 클라이언트 어플리케이션으로 전달된다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 시간 만료에 따른 또는 비보안 OS로부터 수신된 인터럽트에 의한 CPU 코어로부터의 스레드에 대한 선점 시, 보안 OS 스케줄러에 의해 해당 스레드를 보안 OS 스케줄러 큐로 보내 나중에 실행되도록 할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따라, 비보안 OS는, CPU 코어 번호에 의해 미리 정의된 순서로 전자 장치의 연산 부하가 증가함에 따라 현재 비활성화 CPU 코어를 순차적으로 활성화하도록 구성되고, 보안 OS 스케줄러는 미리 정의된 순서에 따라 보안 OS 스레드들에 CPU 코어들을 할당하도록 구성된다.
본 개시의 실시 예에 따라 전자 장치가 제공된다. 전자 장치는, 복수 개의 CPU 코어를 갖는 적어도 하나의 프로세서 또는 CPU를 포함한다. 각 CPU 코어는 보안 모드 또는 비보안 모드 중 하나에서 동작한다. 전자 장치에는 비보안 운영 체제(OS) 및 보안 운영 체제(OS)가 설치되며, 비보안 OS 및 보안 OS는 멀티 스레딩을 지원한다. 보안 OS는 보안 OS에서 발생한 스레드에 대해, CPU 코어를 할당하고, 할당은 CPU 마스크를 수정하는 것을 포함한다. CPU 마스크는 보안 OS 유지되는 데이터 구조로서 CPU 코어들에 대한 보안 OS의 현재 요구를 알린다. CPU 마스크는, 해당 CPU 코어에서의 제어를 보안 OS에 제공할 것을 비보안 OS에 요청하기 위해 비보안 OS로 전달되고, 이에 따라 해당 CPU 코어는 보안 모드로 전환되어 보안 OS가 해당 CPU 코어에서 제어를 획득한다.
본 개시에 따라 복수의 프로세서 코어를 갖는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 전자 장치의 동작 방법이 제공된다. 전자 장치에 설치된 보안 OS(operating system)에서 적어도 하나의 보안 OS 스레드가 생성되고, 상기 보안 OS에서 상기 복수의 프로세서 코어 중 적어도 하나의 프로세서 코어를 지정하여 보안 모드 동작 수행 요청을 나타내는 정보를 생성하며, 상기 정보를 전송하고, 상기 정보에 기초하여 할당된 상기 적어도 하나의 프로세서 코어에서 보안 모드로 상기 보안 OS 스레드를 실행한다. 스레드 생성 시, 제1 보안 OS 스레드 및 제2 보안 OS 스레드가 생성되면, 상기 제1 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 제1 프로세서 코어 및 상기 제2 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 제2 프로세서 코어 각각을 지정하여 보안 모드 동작 수행 요청을 나타내는 상기 정보를 생성한다. 한편, 상기 지정된 프로세서 코어가 비활성화 상태인 경우 상기 지정된 프로세서 코어에 대한 활성화 요청을 포함하는 상기 정보를 생성한다. 또한, 상기 복수의 프로세서 코어에 대한 사용 정보를 기초로 상기 복수의 프로세서 코어 중 상기 보안 OS 스레드를 실행할 상기 적어도 하나의 프로세서를 결정할 수 있다. 상기 보안 OS 스레드의 선호도 속성을 기초로 상기 복수의 프로세서 코어 중 상기 보안 OS 스레드를 실행할 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정한다. 이 경우, 서로 다른 보안 OS 스레드는 서로 다른 프로세서 코어에서 실행되도록 상기 적어도 하나의 프로세서를 결정할 수 있다. 또한, 상기 복수의 프로세서 코어 중 가장 작은 수의 보안 OS 스레드가 실행되고 있는 프로세서 코어에서 상기 보안 OS 스레드가 실행되도록 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정할 수 있다.
본 개시에 따르면, 보안 OS(operating system)와 비보안 OS를 수행하기 위한 동작 명령을 저장하는 메모리와 복수의 프로세서 코어를 갖는 적어도 하나의 프로세서가 제공된다. 적어도 하나의 프로세서는, 상기 전자 장치에 설치된 보안 OS(operating system)에서 적어도 하나의 보안 OS 스레드가 생성되면, 상기 보안 OS에서 상기 복수의 프로세서 코어 중 적어도 하나의 프로세서 코어를 지정하여 보안 모드 동작 수행 요청을 나타내는 정보를 생성하고 전송하며, 상기 정보에 기초하여 할당된 상기 적어도 하나의 프로세서 코어에서 보안 모드로 상기 보안 OS 스레드를 실행한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 보안 OS(operating system)에 의한 CPU(central processing unit 코어들에 대한 사용 요청을 가능케 함으로써, 보안 환경의 상황에 따라 사용 가능한 CPU 코어들의 개수를 최적화할 수 있다. 또한, 보안 OS의 동작 속도를 향상시키고 보안 OS의 응답 지연을 최소화할 수 있어서, 보안 OS의 성능이 향상된다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 4개의 CPU(central processing unit) 코어를 갖는 CPU를 포함하는 전자 장치의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 전자 장치에서 수행되는 보안 OS(operating system) 및 비보안 OS 운영 메커니즘을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 CPU 마스크의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시에 따른 보안 OS 및 비보안 OS의 동작을 수행하기 위한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 전자 장치에서 보안 OS 및 비보안 OS를 운영하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
본 개시는 전자 장치의 다중 프로세서 시스템 운영 방법 및 그 장치 보안 OS(secure operating system)의 개선된 구현을 갖는 전자 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다. 이하 설명에서 사용되는 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어, 사용 환경을 지칭하는 용어 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
본 개시에 따른 전자 장치는 공지된 타 하드웨어 구성 요소 외에, 다수의 CPU 코어를 갖는 적어도 하나의 CPU 또는 프로세서를 포함한다. 본 개시에 따른 전자 장치에서 CPU 코어라는 명칭은 단지 설명의 편의를 위한 것으로 용어에 한정되지 않고 복수의 CPU 또는 복수의 프로세서를 의미하거나 복수의 CPU 코어를 갖는 적어도 하나의 CPU 또는 적어도 하나의 프로세서 등을 의미한다. 즉, 본 개시에서 CPU 코어는 이하 설명하는 기능을 수행하기 위한 프로세싱 단위체로서 이러한 단위체가 복수 개 채용된 전자 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 4개의 CPU(central processing unit) 코어를 갖는 CPU를 포함하는 스마트폰의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 전자 장치는 CPU 110 및 메모리 120를 포함한다. CPU 110는 다수의 CPU 코어들 112-1 내지 112-4를 포함한다. 각 CPU 코어는 물리적으로 활성화 또는 비활성화(enabled/disabled), 예를 들어, 스위치 온 또는 오프할 수 있으며, 보안 모드(secure mode) 또는 비보안 모드(non-secure mode)에서 각각 동작하도록 적응된다. 전자 장치에는 비보안 OS인 리치 OS(RichOS)와 보안 OS인 시큐어 OS(SecureOS)라는 두 개의 운영 체제가 설치된다. 즉, 메모리 120는 보안 OS와 비보안 OS를 수행하기 위한 동작 명령을 저장한다. 여기서는 설명의 편의를 위해 보안 OS의 예로 시큐어 OS를, 비보안 OS의 예로 리치 OS를 제시하였으나 본 개시는 이에 한정되지 않으며 본 개시의 실시 예들은 보안 OS와 비보안 OS로 구별된 두 개의 운용 체제를 설치하여 동작하는 임의의 전자 기기에 적용될 수 있다.
본 개시는 전자 장치가 다수의 CPU 또는 프로세서를 채용한 경우 각 CPU 또는 프로세서별로 각각 동작하도록 구현될 수 있으며, 이하 설명의 편의상 각 CPU 코어 또는 프로세서 코어 별로 동작하는 경우를 예로 들어 설명한다. 보안 OS와 비보안 OS의 각각의 모드에서 각 OS는 별도의 자체적 시스템 레지스터를 갖는다. 하나의 CPU 코어가 보안 모드로 전환되면 보안 OS는 해당 CPU 코어에 대한 제어를 획득하고 보안 환경에서 사용하도록 규정된 전자 장치의 리소스를 사용할 수 있다. 이와 동시에, 다른 CPU 코어가 비보안 모드에 있을 때 비보안 OS는 해당 CPU 코어에 대한 제어를 획득하고 비보안 환경에서 사용하도록 규정된 리소스를 사용할 수 있다. 즉, 비보안 환경과 보안 환경은 각각 CPU 코어 단위로 활성화된다. 예를 들어, 하나의 CPU 코어가 보안 모드에서 작동하여 보안 환경에서 보안 OS가 해당 CPU 코어를 제어하고 있는 동안 다른 CPU 코어는 비보안 환경의 비보안 OS 제어 하에 비보안 모드로 작동 할 수 있다.
비보안 OS 및 보안 OS는 모두 멀티 스레딩(multi-threading)을 지원하며 전자 장치에서 동시에(simultaneously) 작동하도록 구성된다. 보안 OS 및 비보안 OS는 하드웨어 레벨까지 서로 엄격하게 격리된다. 두 개의 OS 사이의 통신을 위해 적어도 하나의 사전 정의된 인터페이스가 제공된다. 상기 인터페이스는 예를 들면 다음의 문서에 정의되어 있다.
http://infocenter.arm.com/help/topic/com.arm.doc.prd29-genc-009492c/PRD29-GENC-009492C_trustzone_security_whitepaper.pdf
구글 트러스티(Google Trusty)는 공지된 보안 OS의 일 예이며, 안드로이드(Android)와 타이젠(Tizen) 등의 공지된 모바일 운영체제는 비보안 OS의 일 예이다.
두 개의 격리된 운영 체제들은, 전자 장치의 자원의 측면에서 비-보안 환경 ('non-secure world') 및 보안 환경 ('secure world')으로서 구현된다. 상술한 바와 같이, 비-보안 환경과 보안 환경 각각은 CPU 코어 별로 적용될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이 하나의 CPU 코어가 보안 모드에 있을 때, 보안 OS는 해당 CPU 코어에서의 제어를 획득하여 보안 환경에서 사용 가능하도록 설정된 전자 장치의 자원을 운영할 수 있다. 또한, 하나의 CPU 코어가 비보안 모드에 있을 때는, 비보안 OS가 해당 CPU 코어에서의 제어를 획득하여 비보안 환경에서 사용 가능하도록 설정된 전자 장치의 자원을 운영할 수 있다. 이 경우, 전자 장치의 특정 하드웨어 리소스가 보안 환경에서 사용될 때는 해당 리소스는 비보안 환경에서는 절대로 사용할 수 없도록 설정되어 있다. 특히, 보안 OS에 의해서만 액세스 가능한 전자 장치 메모리 (예를 들어, DRAM)의 영역이 존재한다. 이와 같이 보안 OS에 의해서만 액세스 가능한 전자 장치의 리소스는 비보안 환경에서는 절대로 물리적으로 액세스할 수 없다. 따라서, 예를 들어 보안 키, 또는 보안 코드 등의 매우 민감한 정보를 안전하게 유지 관리할 수 있다. 비보안 OS를 커널 수준에서 원격 제어 권한을 통해 제어하는 경우에도 보안 OS에 의해서만 액세스 가능한 리소스에는 접근할 수 없다.
한편, 본 개시에서 전자 장치가 부팅 될 때, 부트 시퀀스가 완료되면 보안 OS가 먼저 초기화되고 비보안 OS는 그 후에 초기화될 수 있다. 비보안 OS에 특화된 시스템 구성 요소로서 비보안 OS 드라이버가 구현되며, 보안 OS에 특화된 시스템 구성 요소로서 보안 OS 스케줄러가 구현된다. 비보안 OS 드라이버와 보안 OS 스케줄러는 상술한 인터페이스를 통해 서로 통신하도록 구현된다. 보안 OS와의 통신 기능을 제공하는 외에도, 비보안 OS 드라이버는 CPU 코어를 활성화하고 비활성화하는 기능을 수행한다. 보안 OS 스케줄러는 보안 OS 스레드의 실행 큐를 유지 관리하여 보안 OS 스레드의 실행을 스케줄링한다. 한편, 비보안 모드에서 비보안 OS 스케줄러가 구현되며 비보안 OS 스레드의 실행 큐를 유지 관리하여 비보안 OS 스레드의 실행을 스케줄링한다.
전자 장치가 예를 들어 스마트폰으로 구현된 경우를 예를 들어 설명하면, 사용자가 터치 스크린 잠금을 해제하기 위해 스마트폰의 잠긴 터치 스크린에 비밀번호를 입력하기 시작하면, 비보안 OS 클라이언트 응용 프로그램이 통신 프로세스로 전송되는 명령을 실행한다. 통신 프로세스는 스마트폰의 CPU 코어 수와 동일한 수의 통신 스레드 세트로 구성되며 비보안 OS에 의해 제공되는 기능이다. 각 통신 스레드는 특정 CPU 코어에 매핑되어 상기 통신 스레드가 상기 CPU 코어 상에서 실행될 수 있다. 이러한 매핑은 대칭형 멀티 프로세싱 기술에 의해 소개되었다. 통신 스레드가 CPU 코어에서 실행을 시작하면 CPU 코어를 보안 모드로 전환한다. 따라서, 명령이 수신되면, 통신 프로세스는 그 명령을 할당하기 위해 통신 스레드 중 하나를 차단 해제하고, 해당 통신 스레드는 일부 CPU 코어에서 실행되고 해당 CPU 코어를 보안 모드로 전환한다. 이에 따라 보안 OS는 CPU 코어에서 제어를 획득하고, 보안 OS 스케줄러가 실행을 시작하며 보안 처리된 터치 스크린 입력을 담당하는 신뢰 어플리케이션의 스레드를 차단 해제한다. 신뢰 어플리케이션의 스레드는 보안 모드의 CPU 코어에서 명령을 처리하기 위해 실행되며, 실행 중에 스마트폰의 모든 터치 스크린 컨트롤러는 보안 환경에서만 동작한다. 즉, 다른 CPU 코어에서 실행 중인 비보안 OS 어플리케이션 뿐만 아니라 비보안 OS 자체도 터치 스크린에 물리적으로 접근할 수 없다. 이러한 접근 거부는 해당 컨트롤러를 서비스하는 버스 수준에서 구현된다. 스마트폰의 다른 하드웨어도 다른 상황에서 비보안 환경에서 사용할 수 없게 될 수 있다. 명령 처리가 완료되면 스레드가 차단되고 CPU 코어를 비보안 모드로 다시 전환하고 처리 결과가 시큐어 OS 스케줄러에 의해 비보안 OS 드라이버에 전달되어 통신 프로세스에 의해 비보안 OS 클라이언트 어플리케이션으로 전송된다. 따라서, 비밀번호 인증과 같은 민감한 동작은 변조로부터 안전한 방식으로 수행될 수 있다.
도 2는 본 개시의 전자 장치에서 수행되는 보안 OS 및 비보안 OS 운영 메커니즘을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 개시에 따른 전자 장치에서 보안 OS 및 비보안 OS를 운영하는 방법 200을 설명한다.
단계 201에 따르면, 보안 OS에서 보안 환경에서 실행되는 명령 수행을 위해 스레드 A로 표시된 적어도 하나의 보안 OS 실행 스레드(execution thread)를 생성한다. 여기서는 스레드 A를 예를 들어 설명하나 복수 개의 스레드, 예를 들면 스레드 A 및 스레드 B가 동시에 또는 순차로 생성될 수 있으며, 후술하는 단계는 스레드 A 및 스레드 B가 동시에 또는 순차로 생성되는 경우 동시에 또는 순차로 수행될 수 있다.
단계 203에서는, 보안 OS에서 스레드 A가 생성됨에 따라, 보안 OS의 CPU 코어 중 예를 들어 CPU 코어 A로 표시된 CPU 코어를 지정하고 지정된 CPU 코어 A에서 스레드 A를 실행하기 위해, 보안 OS는 CPU 코어 A에 대해 보안 모드로 동작을 수행하도록 할당해달라는 요청을 나타내는 정보를 생성한다. 보안 모드 동작 수행 요청을 나타내는 정보는, 보안 OS가 CPU 코어 A를 지정하고 지정된 CPU 코어 A에 대해 제어를 보안 모드로 할당해달라는 요청을 비보안 OS에 알리기 위한 것으로서 할당이 요구되는 하나 또는 그 이상의 CPU 코어에 대한 정보, 예를 들어 요구되는 CPU 코어의 식별 정보, 요구되는 CPU 코어의 개수, 요구되는 CPU 코어의 현재 사용 정보 등을 나타낼 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 보안 모드 동작 수행 요청 정보의 일 예로서 보안 OS에서 요청 정보를 나타내기 위한 특정 데이터 구조가 제안된다. 이하, 이러한 데이터 구조를 예를 들어 'CPU 마스크'라고 칭한다. 보안 OS는 CPU 마스크를 사용하여 CPU 코어에서의 보안 OS의 현재 요구 사항에 대해 비보안 OS에 알릴 수 있다. CPU 마스크는, 개별 보안 OS 스레드를 특정 CPU 코어에 할당하기 위해 본 개시에 따라 일 예로서 설계된 데이터 구조이다.
도 3은 CPU 마스크의 구현 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 CPU 마스크가 각 CPU 코어 당 하나의 비트 필드로서 구현된 예를 나타낸다. 이 경우, 구현된 구조에 따른 미리 정의된 비트 필드에 대한 통신 처리 프로세스가 사전에 보안 OS와 비보안 OS에 의해 협의된다. 도 3을 참조하면, 스레드, 보다 구체적으로는 보안 OS 스레드를 나타내는 데이터 구조 중에서, 적어도 하나의 비트 필드를 이용하여 해당 보안 OS 스레드를 특정 CPU 코어에 할당하도록 요청하는 정보를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 각 비트 필드가 나타내는 CPU 코어는 미리 정의되며, 특정 CPU 코어에 해당하는 비트 필드의 엔트리, 예를 들면 비트 값에 의해 해당 CPU 코어의 할당 요청을 나타내도록 구현할 수 있다. 이와 달리, 각 CPU 코어에 해당하는 미리 정의된 식별 번호를 비트 필드 엔트리로 입력하여 해당 CPU 코어의 할당 요청을 나타내도록 구현할 수도 있다. 도 3의 예에서는 CPU 0 또는 CPU N-2에 대한 할당 요청을 나타낸다. 한편, 스레드가 차단되어 어느 CPU 코어에도 할당되지 않은 경우, 특정 값, 예를 들면 0을 상기 비트 필드의 엔트리, 예를 들면 비트 값으로서 포함하도록 구현한다.
또한, 보안 OS 스케줄러는 복수의 기준 카운터, 예를 들면 CPU 코어 전체 개수에 대응하는 개수의 기준 카운터를 포함하는 기준 카운터 어레이를 구현할 수 있으며, 각 CPU 코어에 현재 얼마나 많은 스레드가 할당되어 있는지를 각각의 기준 카운터로 계수할 수 있다. 이에 따라 각 기준 카운터는 각 CPU 코어의 사용 정보를 나타낼 수 있다. 특정 스레드가 특정 CPU 코어에 할당되면 기준 카운터 어레이 중 해당 CPU 코어에 대응하는 기준 카운터가 1씩 증가한다. 반대로 스레드가 해당 CPU 코어에서 할당 해제되면 해당 카운터가 1씩 감소한다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 기준 카운터가 0이 되면, CPU 마스크에서 해당 CPU 코어에 대응하는 비트 엔트리는 예를 들면 0으로 폐기될 수 있다. 도 3에 예시된 CPU 마스크는 각 CPU 코어에 대한 보안 모드 실행 요청을 나타내는 외에 각 기준 카운터에 의해 나타내는 각 CPU 코어의 사용 정보를 나타내도록 변형될 수도 있다.
보안 OS에서 스레드에 대해 CPU 코어를 요청할 때 복수의 CPU 코어에 대한 현재 사용 정보를 이용하여 예를 들면, 가장 작은 개수의 스레드가 할당된 CPU 코어 순으로 할당하도록 할 수 있다. 또한, 특정 스레드를 특정 CPU 코어에 매핑하기 위해, 해당 스레드의 선호도 속성(affinity property)을 이용할 수 있다. 선호도 속성은 예를 들면, 각각의 스레드가 서로 다른 CPU 코어에 매핑되도록 설정될 수 있다. 또한, 특정 스레드에 대해 '약한 선호도(weak affinity)'가 설정될 수 있으며, 이에 따르면 스레드가 실행될 CPU 코어를 별도로 지정하지 않았다면 해당 스레드가 임의의 CPU 코어에서 실행되는 것이 허용됨을 나타낸다. 또한, 스레드 각각이 설정된 선호도 속성에 따라 할당되는 CPU 코어에서만 실행되도록 구현할 수 있다. 다른 예로는 전자 장치가 성능이 다른 2개 이상의 CPU 코어로 구성된 경우, 스레드의 선호도 정보는 성능이 높은 CPU 코어 또는 성능이 낮은 CPU 코어 중 어느 하나에 할당되도록 설정될 수 있다. 보안 OS에서는 스레드의 선호도 속성 설정을 포함하는 사용 정보를 확인하고 이에 기초하여 해당 스레드에 CPU 코어를 매핑한다. 따라서 선호도 속성을 이용하여 스레드 처리 능력을 향상시키는 동시에 높은 성능이 요구되는 스레드와 그렇지 않은 스레드의 요구를 충족시켜 처리 효율을 높이고 전력 소비를 낮출 수 있다. 이와 달리, 스레드의 선호도 속성은 보안 OS 스케줄러에 의해 무시되거나 수정될 수도 있다.
상술한 단계 203에서, 보안 OS, 또는 보안 OS 스케줄러는 CPU 코어 A에 대응하는 비트 필드의 비트 엔트리를 설정하여 보안 OS가 스레드 A의 실행을 위해 CPU 코어 A를 필요로 함을 나타내도록 CPU 마스크를 수정한다.
CPU 마스크를 비트 필드로서 구현한 상기 예는 본 개시를 한정하지 않으며, CPU 마스크 데이터 구조에 대한 다른 구현이 가능함은 당업자에게 자명하다.
단계 205에서, 보안 OS는, CPU 코어 A에 대한 제어를 보안 OS 에게 할당하도록 요청하기 위해 생성된 요청 정보, 예를 들면 CPU 마스크를 비보안 OS로 전송한다. 이때 통신은 보안 OS와 비보안 OS 간의 상술한 인터페이스를 통해 이루어진다. CPU 코어 A에 대응하는 CPU 마스크에 설정된 비트 엔트리는, 비트 엔트리가 예를 들면 0으로 폐기되지 않는 한, 비보안 OS가 해당 CPU 코어 A를 비활성화하지 않도록 한다.
단계 207에서, 보안 모드 수행 동작을 위한 CPU 코어 할당 요청 정보, 예를 들면 CPU 마스크에 기초하여, 비보안 OS는 CPU 코어 A를 보안 모드로 동작하도록 할당한다. 이를 위해 비보안 OS는 CPU 코어 A를 보안 모드로 전환할 수 있다. 예를 들어 비보안 OS는 CPU 코어 A에 대한 비보안 OS 스레드 할당을 차단하고 해당 CPU 코어 A가 보안 모드로 전환되도록 할 수 있다. 이때, 비보안 OS는, CPU 코어 A가 현재 비활성화되어 있으면, 수신된 CPU 마스크에 기초하여, CPU 코어 A를 활성화한다. 따라서 CPU 코어 A에 대한 제어가 보안 OS에 제공되며 보안 OS는 할당된 CPU 코어A를 보안 모드로 동작시키고 보안 OS 스레드A를 실행한다.
이상 설명된 방법 200은 스레드 A에 한정되지 않고 임의의 보안 OS 스레드에 대해 동일하게 수행될 수 있다. 또한, 복수의 보안 OS 스레드에 대해서도 실행될 수 있다.
도 4는 본 개시에 따른 보안 OS 및 비보안 OS의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 4를 참조하여 본 개시의 실시 예에 따른 단계 201 내지 207의 수행과 관련된 보안 OS 및 비보안 OS의 구성 및 해당 구성에 따라 수행되는 동작들에 대해 설명한다.
보안 OS는 보안 OS 스케줄러 401을 포함한다. 보안 OS 스케줄러 401의 기본 기능은 보안 OS 스레드의 실행을 스케줄링하는 것이다. 일 실시 예에 따르면, 보안 OS 스케줄러 401은 상술한 바와 같이 보안 OS에서 CPU 마스크를 유지하고 이를 이용하여 CPU 코어에 보안 OS 스레드를 할당하도록 구성된다. CPU 마스크는 할당된 내용에 따라 적절하게 수정될 수 있다. 즉, 단계 203는 본 개시의 실시 예에서 보안 OS 스케줄러 401에 의해 수행될 수 있다.
비보안 OS는, 전자 장치에서 연산 부하가 증가함에 따라, CPU 코어 번호에 의해 정의되는 미리 설정된 순서대로 현재 비활성화된 CPU 코어를 순차적으로 활성화하도록 구성된다. 실시 예에 따라서, 보안 OS 스케줄러 401은 상기 미리 설정된 순서에 따라 보안 OS 스레드에 CPU 코어를 할당하도록 할 수 있다. 또한, 실시 예에 따라서, 보안 OS 스케줄러 401은 각 CPU 코어의 사용 정보에 기초하여 사용량이 적은 CPU 코어 순으로, 예를 들면 기준 카운터가 낮은 CPU 코어에 대해 우선적으로 보안 OS 스레드가 할당되도록 할 수 있다.
비보안 OS는 비보안 OS 스케줄러(미도시)를 포함하며, 비보안 OS 스케줄러는 보안 OS 스케줄러와 유사하게 비보안 OS 스레드의 실행을 스케줄링하도록 구성된다.
비보안 OS는 비보안 OS 드라이버 410을 포함한다. 상술한 바와 같이, 비보안 OS 드라이버 410은 보안 OS 스케줄러 401과 통신하여 요청된 CPU 코어들을 물리적으로 활성화 또는 불활성화하도록 구성된다. 또한, 보안 OS 스케줄러 401에 의해 요청된 CPU 코어를 보안 모드로 전환하여 보안 OS로 제공한다. 보안 OS와 비보안 OS 사이의 통신은, 전술한 바와 같은 미리 정의된 인터페이스 405를 통해 보안 OS 스케줄러 401와 비보안 OS 드라이버 410 사이에서 수행된다.
본 개시의 실시 예에 따른 통신 프로세스에 대해 설명한다. 본 개시의 실시 예에서 설명되는 통신 프로세스는, 보안 OS와 비보안 OS 사이의 통신에 기초하여 비보안 OS 시스템에 의해 수행된다. 따라서, 비보안 OS 드라이버 410은, 보안 OS 스레드를 처리하기 위한 보안 환경과의 통신에 따른 통신 스레드에 대해 특정 시간 동안(time slice) 허여된 CPU 코어에서 해당 보안 OS 스레드를 처리할 수 있도록 해당 CPU 코어를 보안 모드로 전환할 수 있다.
하나의 통신 스레드 세트에 포함되는 통신 스레드의 개수는 전자 장치의 CPU 코어의 개수와 동일하고, 각 통신 스레드가 각각의 CPU 코어에 매핑되어 해당 통신 스레드가 매핑된 CPU 코어에서 실행되도록 구현된다. 비보안 OS 스레드의 실행을 위한 보안 OS와 비보안 OS 사이의 통신을 위한 통신 스레드가 매핑된 CPU 코어에서 실행되기 시작할 때, 매핑된 해당 CPU 코어는 보안 모드로 전환된다.
비보안 OS 시스템에 의해 수행되는 통신 프로세스는, 본 개시에서 설명하는 보안 환경과 통신하기 위한 통신 스레드 외에도, 비보안 OS 클라이언트와 상호 동작을 위한 스레드를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 매핑은 통신 스레드의 선호도 속성(affinity property)을 설정함으로써 또한 구현될 수 있다. 예를 들어, 통신 스레드에 대해 '약한 선호도(weak affinity)'가 설정될 수 있으며, 이는 통신 스레드가 실행될 CPU 코어가 지정되지 않았다면 통신 스레드가 임의의 CPU 코어에서 실행되는 것이 허용됨을 나타낸다. 또 다른 예로는 전자 장치가 2개의 서로 다른 CPU 코어 클러스터를 포함하고 큰 클러스터는 고성능 CPU 코어들로 구성되고, 작은 클러스터는 생산성이 높지 않은 전력 효율적인 저성능 CPU 코어들로 구성되는 경우에 적용된다. 이 경우 통신 스레드에 대한 선호도 속성이 큰 클러스터의 CPU 코어에 할당되는 방식으로 설정되면 해당 통신 스레드는 고성능 CPU 코어에서 실행되고 특정 통신 스레드가 작은 클러스터의 CPU 코어에 할당되는 방식으로 설정되면 해당 통신 스레드는 저성능 CPU 코어에서 실행된다. 따라서 선호도 속성을 이용하여 성능과 전력 소비 간의 균형을 맞출 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 각각의 통신 스레드가 서로 다른 CPU 코어에 매핑되는 방식으로 통신 스레드의 선호도 속성을 설정할 수 있다. 즉, 각각의 통신 스레드에 대한 선호도 속성이 통신 스레드와 CPU 코어 사이에 일대일 대응하도록 정의되는 방식으로 설정될 수 있다. 이러한 설정에서, 통신 스레드 각각은 설정된 선호도 속성에 따라 할당되는 CPU 코어에서만 실행되도록 할 수 있다. 비보안 OS 드라이버 또는 비보안 OS 스케줄러는 통신 스레드의 설정을 확인하고 해당 통신 스레드에 할당된 CPU 코어에 해당 통신 스레드를 매핑한다.
한편, 통신 스레드의 선호도 속성은 비보안 OS에서 필요한 경우 무시되거나 수정될 수 있다. 특정 CPU 코어가 비보안 OS 드라이버 310에 의해 비활성화되는 경우, 이에 따라 비보안 OS 스케줄러는 해당 통신 스레드의 선호도 속성을 수정하여 비보안 OS의 해당 CPU 코어에 해당하는 통신 스레드의 매핑을 폐기할 수 있다. 또한, 필요한 CPU 코어들을 사용할 수 없는 경우, 비보안 OS 스케줄러는 선호도 속성을 무시하고 해당 스레드를 현재 사용 가능한 CPU 코어에서 실행할 수 있다. 반대로, 이전에 비활성화된 CPU 코어가 다시 활성화되는 경우, 선호도 속성은 다시 활성화된 CPU 코어에 해당하는 통신 스레드의 매핑을 복원하도록 수정될 수 있다.
이하, 도 2, 4 및 5를 참조하여, 본 개시의 실시 예를 설명한다. 도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 전자 장치의 동작 프로세스 500을 나타내는 흐름도이다.
단계 501에서, 비보안 환경에서 실행되는 비보안 OS 클라이언트 응용 프로그램 320이 명령을 발행한다. 비보안 OS 클라이언트 320은 텍스트 및/또는 그래픽 암호를 입력하기 위한 GUI 또는 휴대 단말기의 터치 스크린을 잠금 해제하기 위해 사용자의 홍채를 주사하기 위한 GUI를 사용자에게 제공하도록 구성되는 어플리케이션일 수 있으며, 사용자에 의해 입력되는 정보를 획득하도록 구성될 수 있다. 터치 스크린 잠금을 해제하려는 사용자의 시도에 따라 GUI와 사용자의 상호 작용의 시작에 응답하여 비보안 OS 클라이언트 응용 프로그램 420에 의해 명령이 발행된다. 사용자 인증을 담당하는 보안 환경에서 실행되는 보안 OS 신뢰 어플리케이션(SecureOS trusted application) 402에 의해 명령이 처리되는 특정 실시 예를 가정한다. 신뢰 어플리케이션 402는, 자원에 대한 수요가 비교적 작은, 사용자의 텍스트 암호를 확인하는 응용 프로그램이거나, 또는 자원에 대한 수요가 매우 많은, 사용자의 홍채를 확인하도록 구성된 응용 프로그램일 수 있다. 즉, 명령은 실질적으로 신뢰 어플리케이션 402가 입력된 정보를 적절하게 처리하고 비보안 OS 클라이언트 어플리케이션 420으로 처리 결과를 반환하도록 구성된다.
신뢰 어플리케이션 402는 멀티 스레드 응용 프로그램이다. 따라서, 하나 이상의 보안 OS 스레드들이 생성된다. 상술된 명령의 부재 시, 예를 들어, 전자 장치가 대기(stanby) 모드에 있고 현재 사용자가 사용하지 않을 때, 또는 터치스크린의 잠금이 성공적으로 해제된 후 사용자가 전자 장치를 작동할 때, 신뢰 어플리케이션의 스레드는 차단된다.
비보안 OS 클라이언트가 명령을 발행한 후, 단계 502에서 통신 프로세스는 명령을 수신하고, 수신된 명령을 할당하기 위해 통신 스레드 중 하나를 차단 해제(unblock)하고, 이에 따라, 통신 스레드를 비보안 OS 스케줄러의 실행 큐에 배치한다.
이어서, 단계 502에서, 해당 통신 스레드가 비보안 OS 스케줄러에 의해 그에 할당된 CPU 코어(이하, CPU 코어 O로 칭함)에서 실행되기 시작할 때, 통신 스레드는 CPU 코어 O를 보안 모드로 전환(switching)한다. 전환 시, 보안 OS 스케줄러 401은 CPU 코어 O 상에서 실행을 시작하고, 명령 처리를 담당하는 하나 이상의 신뢰 어플리케이션 402의 보안 OS 스레드 중 적어도 하나의 실행 스레드를 차단 해제(unblock)한다.
이하, 신뢰 어플리케이션 402의 복수의 스레드가 차단 해제되고, 스레드 A가 그 복수의 스레드 중 하나인 예를 설명한다.
단계 503에서, 보안 OS 스케줄러 401은 차단 해제된 스레드 A에 CPU 코어 A를 할당하고, 할당을 수행할 때 CPU 마스크를 갱신한다. 상술한 바와 같이, 특히, 신뢰 어플리케이션의 보안 OS 스레드가 이전에 CPU 코어 A에 전혀 할당되지 않았으면, 보안 OS 스케줄러 401은 CPU 마스크에서 CPU 코어 A에 대응하는 비트 엔트리를 설정한다. 이 경우 비트 엔트리가 예를 들면 '0'에서 '1'로 수정된다. 다른 실행 스레드도 동일하게 처리된다. 즉, 이러한 방식으로 CPU 마스크 내의 비트 엔트리들을 설정하여 CPU 코어들에 대한 현재 보안 OS의 요구를 나타낸다. 이어서, 보안 OS 스케줄러는 차단 해제된 스레드 각각을 보안 OS 스케줄러 큐에 배치하고 각 스레드 실행을 위한 시간(time quote)을 할당한다.
전술한 바와 같이, 보안 OS 스케줄러 401은 이어서 CPU 코어 O의 해당 큐의 상단에 있는 복수의 스레드 중 하나(이하, 스레드 O라 칭함)의 실행으로 전환한다. 이 경우, 스레드 O는, CPU 마스크에서 스레드 O에 현재 할당한 CPU 코어와는 다른 CPU 코어 O 상에서 실행된다. 스레드 A는 현재 보안 OS 스케줄러 큐에 있는 것으로 가정한다. 한편, 신뢰 어플리케이션 스레드를 실행하는 동안 전자 장치의 특정 하드웨어, 예를 들어 터치 스크린 컨트롤러 등은 보안 환경에서만 작동 가능하다.
도 5의 단계 501 내지 503은 실질적으로 도 2의 단계 201 및 203에 포함될 수 있다.
단계 504는, 스레드 O의 실행 가능한 시나리오에 관한 것이다. 한편으로, CPU 코어 O에서 현재 실행중인 스레드 O에 대한 선점(preemption)이 발생할 수 있다. 이 경우, 스레드 O는 보안 OS 스케줄러 큐에 반환되어 스레드 O의 실행이 이후에 재개되도록 한다. 스레드 O는, 본 개시 전반에서 예시적 기준 실행 스레드로서 설명의 명확성을 위해 사용하는 스레드 A와 실질적으로 다르지 않으며 단지 설명의 편의를 위한 것이다. 이하, 동작에 대해 스레드 A와 관련하여 설명한다.
선점은 다음과 같은 이유로 발생할 수 있다. 우선, 실행 스레드 O는 이에 할당된 시간(time quote) 만료 시 보안 OS 스케줄러 401에 의해 선점될 수 있다. 둘째, 선점은 비보안 OS에서 인터럽트(interruption) 시 발생할 수 있으며, 이러한 메커니즘은 보안 OS/비보안 OS 기반 무선 시스템에서 기본적으로 제공된다. 후자의 경우, 선점이 일단 발생하면, CPU 코어의 제어가 비보안 환경으로 전환되고, 비보안 OS에 의해 인터럽트가 처리될 수 있으며, 이어서 보안 환경으로 다시 전환된다.
본 개시에 따르면, 선점 발생 시 보안 OS 스케줄러 401에 의해 인터페이스 405를 통해 비보안 OS 드라이버 410으로 종료되지 않은 실행을 나타내는 특정 결과를 리턴한다. 현재의 CPU 마스크는 해당 특정 결과에 첨부되어 전달될 수 있다. 이와 다른 실시 예로, 선점에 따라 보안 OS 스케줄러 401은 현재 CPU 마스크를 공유 메모리에 배치함으로써 비보안 OS 드라이버 410로 전달할 수 있다.
한편, 전술한 스레드 O의 최초 실행 시점 또는 보안 OS 스케줄러 큐에서 그 후속 실행 시점에 CPU 코어 O에서 스레드 O의 실행을 성공적으로 완료할 수 있다. 이 경우, 보안 OS 스케줄러 401은 스레드 O를 차단한 후, 현재 CPU 코어에 할당된 다른 보안 OS 스레드가 없으면, 예를 들어 CPU 코어 O와 관련된 기준 카운터가 0인 경우, CPU 코어 O에 대응하는 비트 엔트리를 0으로 하여 CPU 마스크를 갱신하고, 현재 CPU 마스크를 실행 결과에 포함한다. 이후, 성공적인 실행 결과가 보안 OS 스케줄러 401에 의해 인터페이스 405를 통해 비보안 OS 드라이버 410으로 전달되고, CPU 코어 O 의 제어는 비보안 환경으로 다시 전환된다.
상술한 바와 같은 선점의 이유는, 유일한 이유가 아니며, 다른 이유가 또한 가능하다. 특히, 본 개시의 실시 예에 따라 이하의 메커니즘이 제공될 수 있다. CPU 마스크가 보안 OS에서 수정될 때, 수정이 현재 CPU 코어에서 실행되는 보안 OS 스레드와 연관되지 않은 경우, 현재 실행중인 보안 OS 스레드는 해당 CPU 코어로부터 선점되고 보안 OS 스케줄러 큐에 배치된다. 이러한 메커니즘에 의해, 수정된 CPU 마스크를, 상술한 선점 관련 방식 중 임의의 방식으로, 보다 효과적으로 비보안 OS로 전달할 수 있으며, 이에 따라 비보안 OS가 적시에 CPU 마스크의 최신 버전을 확인할 수 있게 된다.
도 5의 단계 504는 도 2의 단계 205에 대응한다. 도 2를 참조하여 설명된 단계 203에 더해, 비보안 OS 드라이버는 CPU 마스크의 각 비트가 설정된 동안 CPU 코어에 대한 비활성화를 금지하도록 구성된다. 이는 비보안 OS 커널에서의 알림 시스템(notification system)을 통해 구현된다. 비보안 OS 커널이 하드웨어 CPU 코어를 비활성화하려고 할 때, 예를 들면 해당 이벤트에 대한 알림에 가입한 모든 객체의 ‘의견’을 확인하도록 구현할 수 있다.
단계 504가 완료되면, 프로세스 500은 비보안 환경으로 전환된다.
단계 505에서, 비보안 OS 드라이버 410은 공유 메모리로부터 또는 보안 OS 스케줄러 401에 의해 전달된 결과로부터 CPU 마스크를 검색한다. 이에 따라, 비보안 OS 드라이버 410은 현재 활성화된 CPU 코어들과 CPU 마스크를 매칭하고, CPU 코어 A가 현재 비활성화 상태이면, CPU 코어 A를 활성화한다. 마지막으로, 비보안 OS 드라이버 410은, 통신 프로세스에서 사용 가능한 비보안 환경 내의 저장 위치에 CPU 마스크를 저장한다. CPU 코어 A는 단지 설명의 편의상 참조 CPU 코어로 본 개시에 전반적으로 사용되는 것으로, 다른 CPU 코어가 상술한 방법으로 활성화될 수 있다.
통신 프로세스에 따르면 CPU 마스크를 확인하고, 단계 506에서 비보안 OS 스케줄러는 CPU 코어 A에 매핑된 통신 스레드를 차단 해제하고, 이어서 비보안 OS 스케줄러 큐에 차단 해제된 통신 스레드를 배치한다. 비보안 OS 스케줄러 큐로부터 통신 스레드가 CPU 코어 A에서 실행이 시작될 때, 통신 스레드는 CPU 코어 A를 보안 모드로 전환하여, CPU 코어 A에서의 제어를 보안 환경으로 전환한다. 단계 506에서, 통신 프로세스에 따르면 비보안 OS 드라이버 410으로부터 수신된 결과는 추가 처리를 위해 비보안 OS 클라이언트 어플리케이션 420으로 전달된다.
단계 506의 완료에 따라, 프로세스 500은 다시 보안 환경으로 전환된다.
단계 507에서, 보안 OS 스케줄러 401은 CPU 코어 A에서 실행을 시작하고, 현재 보안 OS 스케줄러 큐의 상단에 있는, 신뢰 어플리케이션 420의 보안 OS 스레드를 실행한다. 실행되는 스레드는 스레드 A일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
CPU 코어 A에서의 스레드 A의 실행이 성공적으로 완료되면 단계 508이 수행된다. 단계 508에서, 보안 OS 스케줄러 401은 스레드 A를 차단하고, CPU 마스크를 갱신하여 실행 결과에 매입하며, 상기 결과를 비보안 OS 드라이버 410에 제공한다. 이때, CPU 코어 A와 관련된 기준 카운터가 0인 경우 CPU 코어 A의 비트 엔트리는 예를 들면 0으로 설정되어 폐기된다. 이에 따라, CPU 코어 A에서의 제어는 다시 비보안 환경으로 전환된다. 이후, 통신 프로세스에 따르면, 단계 509에서 상술한 바와 같은 비보안 OS 드라이버 410에서 수신된 결과는, 추가 처리를 위해 비보안 OS 클라이언트 어플리케이션 420으로 전달된다.
본 개시에 따르면, 보안 OS가 보안 OS 스레드에 대한 CPU 코어 할당을 요청할 수 있다. 따라서, 보안 OS가 보안 OS 스레드에 대한 CPU 코어 할당을 관리할 수 있게 된다. 또한, 보안 OS가 사용 가능한 CPU 코어의 수를 제어할 수 있다. 따라서, 보안 OS에서 필요에 맞게 기존 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다. 또한, 생체 인식과 같은 연산 집약적 작업들을 신속하게 수행할 수 있도록 보안 OS의 성능이 향상된다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
401: 보안 OS 스케줄러
402: 신뢰 어플리케이션
410: 비보안 OS 드라이버
420: 클라이언트 어플리케이션

Claims (18)

  1. 복수의 프로세서 코어를 갖는 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 전자 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 전자 장치에 설치된 보안 OS(operating system)에서 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 생성하는 단계;
    상기 보안 OS 내의 복수의 프로세서 코어로부터 상기 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 적어도 하나의 프로세서 코어를 할당함으로써 보안 모드로 동작을 요청하기 위한 정보를 생성하는 단계;
    상기 보안 OS에 의해 적어도 하나의 미리 정의된 인터페이스를 통해 비보안 OS에 상기 정보를 전송하는 단계;
    상기 비보안 OS에 의해, 상기 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 프로세서 코어 상의 적어도 하나의 비보안 OS 스레드를 비활성화하는 단계; 및
    상기 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 프로세서 코어 상에서 상기 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 실행하는 단계;를 포함하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 정보를 생성하는 단계는,
    제1 보안 OS 스레드 및 제2 보안 OS 스레드가 생성되면, 상기 제1 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 제1 프로세서 코어 및 상기 제2 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 제2 프로세서 코어 각각을 할당하여 보안 모드 동작 수행 요청을 나타내는 상기 정보를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 정보를 생성하는 단계는,
    상기 적어도 하나의 프로세서 코어가 비활성화되는 것을 검출함에 따라, 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 활성화시키는 요청을 포함하는 상기 정보를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 정보를 생성하는 단계는,
    상기 복수의 프로세서 코어에 대한 사용 정보를 기초로 상기 복수의 프로세서 코어 중에 상기 보안 OS 스레드를 실행할 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계는,
    상이한 프로세서 코어 상에서 상이한 보안 OS 스레드를 실행하기 위해, 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계는,
    상기 복수의 프로세서 코어 중에서 가장 적은 수의 보안 OS 스레드를 실행하는 프로세서 코어 상에서, 상기 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 정보를 생성하는 단계는,
    상기 보안 OS 스레드의 선호도 속성을 기초로 상기 복수의 프로세서 코어 중에 상기 보안 OS 스레드를 실행할 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계는,
    상기 복수의 프로세서 코어 중에 가장 작은 수의 보안 OS 스레드가 실행되고 있는 프로세서 코어에서 상기 보안 OS 스레드가 실행되도록 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 정보를 전송하는 단계는,
    비보안 OS에 CPU 마스크를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  10. 전자 장치에 있어서,
    보안 OS(operating system)와 비보안 OS를 수행하기 위한 동작 명령을 저장하는 메모리; 및
    복수의 프로세서 코어를 갖는 적어도 하나의 프로세서를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 전자 장치에 설치된 보안 OS(operating system)에서 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 생성하고;
    상기 보안 OS 내의 복수의 프로세서 코어로부터 상기 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 적어도 하나의 프로세서 코어를 할당함으로써 보안 모드로 동작을 요청하기 위한 정보를 생성하고;
    상기 보안 OS에 의해 적어도 하나의 미리 정의된 인터페이스를 통해 비보안 OS에 상기 정보를 전송하고;
    상기 비보안 OS에 의해, 상기 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 프로세서 코어 상의 적어도 하나의 비보안 OS 스레드를 비활성화하고;
    상기 정보에 기초하여 상기 적어도 하나의 프로세서 코어 상에서 상기 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 실행하도록 구성되는 전자 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    제1 보안 OS 스레드 및 제2 보안 OS 스레드가 생성되면, 상기 제1 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 제1 프로세서 코어 및 상기 제2 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 제2 프로세서 코어 각각을 할당하여 보안 모드 동작 수행 요청을 나타내는 상기 정보를 생성하도록 더 구성되는 전자 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 적어도 하나의 프로세서 코어가 비활성화되는 것을 검출함에 따라, 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 활성화시키는 요청을 포함하는 상기 정보를 생성하도록 더 구성되는 전자 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 복수의 프로세서 코어에 대한 사용 정보를 기초로 상기 복수의 프로세서 코어 중에 상기 보안 OS 스레드를 실행할 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하도록 더 구성되는 전자 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상이한 프로세서 코어 상에서 상이한 보안 OS 스레드를 실행하기 위해, 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하도록 더 구성되는 전자 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 복수의 프로세서 코어 중에서 가장 적은 수의 보안 OS 스레드를 실행하는 프로세서 코어 상에서, 상기 적어도 하나의 보안 OS 스레드를 실행하기 위한 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하도록 더 구성되는 전자 장치.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 보안 OS 스레드의 선호도 속성을 기초로 상기 복수의 프로세서 코어 중에 상기 보안 OS 스레드를 실행할 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정하도록 더 구성되는 전자 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 복수의 프로세서 코어 중에 가장 작은 수의 보안 OS 스레드가 실행되고 있는 프로세서 코어에서 상기 보안 OS 스레드가 실행되도록 상기 적어도 하나의 프로세서 코어를 결정 하도록 더 구성되는 전자 장치.
  18. 청구항 10에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    비보안 OS에 CPU 마스크를 전송하도록 더 구성되는 전자 장치.


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