РАЗДЕЛ 8. Информационнная безопасность АС

⇐ ПредыдущаяСтр 54 из 69Следующая ⇒

1.Операционные системы: классификация операционных систем; концепция процесса, состояние процесса, алгоритм планирования процессов; процедуры синхронизации процессов по времени и по событиям; концепция семафоров; стратегия управления памятью; основные механизмы безопасности (аутентификация, разграничение доступа, аудит); управление безопасностью.

Операционная система — комплекс управляющих и обрабатывающих программ, которые, с одной стороны, выступают как интерфейс между устройствамивычислительной системы и прикладными программами, а с другой стороны — предназначены для управления устройствами, управления вычислительными процессами, эффективного распределения вычислительных ресурсов между вычислительными процессами и организации надёжных вычислений.

В логической структуре типичной вычислительной системы ОС занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

Классификация ОС:

- одно/многозадачные;

однозадачные (MSDOS) выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, делая более простым и удобным процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Включают средства управления периферийными устройствами, средства управления файлами, средства общения с пользователем.

многозадачные (Win, UNIX), к вышеперечисленному, управляют разделением совместно используемых ресурсов: процессора, ОЗУ, файлов и внешних устройств (зависимо или независимо друг от друга задачи; многопоточные или многопроцессные).

- одно/многопользовательские (отличие в наличии средств защиты информации каждого пользователя от НСД других пользователей. Пример однозадачной многопользовательской — файловый сервер (NovellNetware 3.12) )

- поддерживающие/неподдерживающие многонитевую обработку (распараллеливание вычислений в рамках одной задачи. Многонитевая ОС разделяет процессорное время не между задачами, а между их отдельными ветвями (нитями). )

- с невытесняющей / вытесняющей многозадач-ностью (при невытесняющей механизм планирования процессов целиком сосредоточен в ОС, активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление ОС для выбора из очереди другого готового к выполнению процесса. При вытесняющей – распределен между системой и прикладными программами, решение о переключении процессора с одного процесса на другой принимается ОС, а не самим активным процессом, на основе приоритетов.

- одно/многопроцессорные (мультипроцессирова-ние приводит к усложнению всех алгоритмов управления ресурсами (примеры систем - Solaris 2.x, Windows NT, NetWare 4.1, etc). Многопроцессорные ОС классифицируются по способу организации вычислительного процесса: асимметричные и симметричные. Асимметричная целиком выполняется только на одном из процессоров системы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. Симметричная полностью децентрализована и использует весь пул процессоров, разделяя их между системными и прикадными задачами.)

Характерные черты ОС:

- ядро

- интерфейс (библиотеки) – API

- сервисное и системное ПО

Модели ядра:

- монолитные (Unix и производные) (ядро выполнено в виде одной большой программы, любые изменения требуют перекомпиляции ядра. модули лежат на диске, в ядре под них зарезервированно место, поменять местами так просто не получится. дает скорость работы, стабильность. в таком ядре может быть несколько интерфейсов (API).)

- модульные (микроядро) (ядро состоит из частей: выделяются несколько механизмов — управление процессами и памятью (микроядро), остальное — системное ПО, интерфейс определен.)

Процесс (или по-другому, задача) - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

В многозадачной системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний:

ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

ОЖИДАНИЕ - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам, он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения какого-либо необходимого ему ресурса;

ГОТОВНОСТЬ - также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблокирован в связи с внешними по отношению к нему обстоятельствами: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.

В ходе жизненного цикла каждый процесс переходит из одного состояния в другое в соответствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в данной операционной системе. Типичный граф состояний процесса показан на рисунке 2.1.

В состоянии ВЫПОЛНЕНИЕ в однопроцессорной системе может находиться только один процесс, а в каждом из состояний ОЖИДАНИЕ и ГОТОВНОСТЬ - несколько процессов, эти процессы образуют очереди соответственно ожидающих и готовых процессов. Жизненный цикл процесса начинается с состояния ГОТОВНОСТЬ, когда процесс готов к выполнению и ждет своей очереди. При активизации процесс переходит в состояние ВЫПОЛНЕНИЕ и находится в нем до тех пор, пока либо он сам освободит процессор, перейдя в состояние ОЖИДАНИЯ какого-нибудь события, либо будет насильно " вытеснен" из процессора, например, вследствие исчерпания отведенного данному процессу кванта процессорного времени. В последнем случае процесс возвращается в состояние ГОТОВНОСТЬ. В это же состояние процесс переходит из состояния ОЖИДАНИЕ, после того, как ожидаемое событие произойдет.

Рис. 2.1. Граф состояний процесса в многозадачной среде

Существует два основных типа процедур планирования процессов - вытесняющие (preemptive) и невытесняющие (non-preemptive).

- Non-preemptive multitasking - невытесняющая многозадачность - это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление планировщику операционной системы для того, чтобы тот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс.

- Preemptive multitasking - вытесняющая многозадачность - это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принимается планировщиком операционной системы, а не самой активной задачей.

Понятия preemptive и non-preemptive иногда отождествляются с понятиями приоритетных и бесприоритетных дисциплин, что совершенно неверно, а также с понятиями абсолютных и относительных приоритетов, что неверно отчасти. Вытесняющая и невытесняющая многозадачность - это более широкие понятия, чем типы приоритетности. Приоритеты задач могут как использоваться, так и не использоваться и при вытесняющих, и при невытесняющих способах планирования. Так в случае использования приоритетов дисциплина относительных приоритетов может быть отнесена к классу систем с невытесняющей многозадачностью, а дисциплина абсолютных приоритетов - к классу систем с вытесняющей многозадачностью. А бесприоритетная дисциплина планирования, основанная на выделении равных квантов времени для всех задач, относится к вытесняющим алгоритмам.

Основным различием между preemptive и non-preemptive вариантами многозадачности является степень централизации механизма планирования задач.

При вытесняющей многозадачности механизм планирования задач целиком сосредоточен в операционной системе, и программист пишет свое приложение, не заботясь о том, что оно будет выполняться параллельно с другими задачами. При этом операционная система выполняет следующие функции: определяет момент снятия с выполнения активной задачи, запоминает ее контекст, выбирает из очереди готовых задач следующую и запускает ее на выполнение, загружая ее контекст.

При невытесняющей многозадачности механизм планирования распределен между системой и прикладными программами. Прикладная программа, получив управление от операционной системы, сама определяет момент завершения своей очередной итерации и передает управление ОС с помощью какого-либо системного вызова, а ОС формирует очереди задач и выбирает в соответствии с некоторым алгоритмом (например, с учетом приоритетов) следующую задачу на выполнение. Такой механизм создает проблемы как для пользователей, так и для разработчиков.

Объектами синхронизации называются объекты Windows, идентификаторы которых могут использоваться в функциях синхронизации. Они делятся на две группы: объекты, использующиеся только для синхронизации, и объекты, которые используются в других целях, но могут вызывать срабатывание функций ожидания. К первой группе относятся:

Event (событие). Event позволяет известить один или несколько ожидающих потоков о наступлении события. Event бывает:

Отключаемый вручную	Будучи установленным в сигнальное состояние, остается в нем до тех пор, пока не будет переключен явным вызовом функции ResetEvent
Автоматически отключаемый	Автоматически переключается в несигнальное состояние операционной системой, когда один из ожидающих его потоков завершается

Mutex (Mutually Exclusive). Мьютекс — это объект синхронизации, который находится в сигнальном состоянии только тогда, когда не принадлежит ни одному из процессов. Как только хотя бы один процесс запрашивает владение мьютексом, он переходит в несигнальное состояние и остается таким до тех пор, пока не будет освобожден владельцем. Такое поведение позволяет использовать мьютексы для синхронизации совместного доступа нескольких процессов к разделяемому ресурсу.

Semaphore (семафор). Семафор представляет собой счетчик, содержащий целое число в диапазоне от 0 до максимальной величины, заданной при его создании. Счетчик уменьшается каждый раз, когда поток успешно завершает функцию ожидания, использующую семафор, и увеличивается путем вызова функции ReleaseSemaphore. При достижении семафором значения 0 он переходит в несигнальное состояние, при любых других значениях счетчика его состояние — сигнальное. Такое поведение позволяет использовать семафор в качестве ограничителя доступа к ресурсу, поддерживающему заранее заданное количество подключений.

Waitable timer (таймер ожидания). Таймер ожидания отсутствует в Windows 95, и для его использования необходимы Windows 98 или NT 4.0 и выше. Таймер ожидания переходит в сигнальное состояние по завершении заданного интервала времени.

Концепция семафоров

Пусть есть два взаимодействующих процесса: H - с высоким приоритетом и L - с низким. Пусть процесс с высоким приоритетом вытесняет низкоприоритетный процесс всякий раз, когда он готов к исполнению, и занимает процессор на все время своего CPU burst (если не появится процесс с еще большим приоритетом). Тогда в случае, когда процесс L находится в своей критической секции, а процесс H, получив процессор, подошел ко входу в критическую область, возникает тупик. Процесс H не может войти в критическую область, находясь в цикле, а процесс L не может покинуть критический участок. Для того чтобы устранить возникновение подобных проблем были разработаны различные механизмы синхронизации более высокого уровня: семафоры, мониторы и сообщения.

Семафоры, Дейкстра, 1965 год, задача об обедающих философах. Семафор представляет собой целую переменную, принимающую неотрицательные значения, доступ любого процесса к которой, за исключением момента ее инициализации, может осуществляться только через две атомарные операции: P (проверить) и V (увеличить). При выполнении операции P над семафором S сначала проверяется его значение. Если оно больше 0, то из S вычитается 1. Если оно меньше или равно 0, то процесс блокируется до тех пор, пока S не станет больше 0, после чего из S вычитается 1. При выполнении операции V над семафором S к его значению просто прибавляется 1. Соответствующая целая переменная располагается внутри адресного пространства ядра операционной системы. Операционная система обеспечивает атомарность операций P и V, используя, например, метод запрета прерываний на время выполнения соответствующих системных вызовов.

⇐ Предыдущая 49 50 51 52 535455 56 57 58 Следующая ⇒