KOCW_Memory / Security

✅ 저장장치의 구조

• ✔️ 주기억장치
• volatile, primary(CPU executable), fast, expensive, small capacity
• register: CPU내부에 존재
• cache memory:
• main memory:

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• ✔️ 보조기억장치
• nonvolatile, secondary(CPU NOT executable), slower, cheaper, bigger capacity
• CPU에서 직접 실행 불가, primary에 올려놓고 실행해야 함
• 목적 1️⃣: 전원이 나가도 유지할 정보를 파일 형태로 보조기억장치에 저장
• 목적 2️⃣: 메모리는 한정되어 있으므로, 메모리 공간이 부족한 경우 필요한 부분만 메모리에 올려놓고, 아닌 부분은 swap에 올리기
• 디스크에 내려 놓는 일을 swap out이라고 한다.
• magnetic disk:
• optical disk:
• magnetic tape:

✅ Hardware Security

• 우리가 사용하는 운영체제는 여러 프로그램이 동시에 실행되는 multi programming환경
• 따라서 각 프로그램의 완전한 실행/ 프로그램간 충돌을 막기위해 하드웨어 보안이 필요
• ⚠️ 모든 사용자 프로그램이 디스크 파일에 자유롭게 접근할 수 있다면 보안상 문제가 발생할 수 있음
• 자신의 소유가 아닌 파일에도 접근할 수 있으므로

• 💊 하드웨어 보안을 위해 커널모드, 사용자 모드 필요

• ✔️ 커널 모드
• CPU가 제어권을 가지고 운영체제 코드를 실행하는 모드
• 모든 종류의 명령을 다 실행할 수 있음
• 중요한 정보에 접근해 위험한 상황을 초래할 수 있는 연산은 kernel mode에서만 실행 가능
• 시스템에 중요한 영향을 미치는 연산은 kernel mode에서만 가능
• 모든 I/O는 특권명령으로, 커널모드에서만 실행 가능하다.
• modebit 0

• 👍🏻 보안 유지

• ✔️ 사용자 모드
• 일반적인 연산, 사용자 프로그램
• 제한적인 명령만 수행 가능
• modebit 1

💡 System Call, Interrupt, Kernel mode

• 사용자 프로그램 실행 중 하드웨어 접근 등 보안이 필요한 중요한 명령을 실행해야 함
• 사용자 프로그램이 System call을 통해 운영체제가 대신해 줄 것을 요청 ➡️ Interrupt
• CPU제어권은 운영체제로 넘어감
• 사용자 프로그램의 modebit은 0으로 변경
• 이제 kernel mode에서 모든 종류의 명령 실행 가능
• 끝나면 modebit을 1로 변경하여 다시 사용자 프로그램에게 CPU넘겨주기

✅ Memory Security

• 여러 프로그램이 메모리에 동시에 올라가서 실행되기 때문에,

• 하나의 사용자 프로그램이 다른 사용자 프로그램, 운영체제 메모리 영역을 침범할 위험이 있음

• 💊 2개의 레지스터를 사용해 프로그램이 접근하려는 메모리 부분이 합법적인지 확인할 수 있다.
• ✔️ Base register, 기준 레지스터: 프로그램이 합법적으로 접근할 수 있는 가장 적은 주소 보관
• ✔️ Limit register, 한계 레지스터: 프로그램이 접근할 수 있는 메모리의 범위
• 사용자 프로그램은 base register부터 + limit register값 사이의 주소 영역에만 접근 가능
• 접근하려는 주소가 이 범위 사이에 없으면 exception발생 ➡️ interrupt 발생
• CPU제어권이 운영체제에게 넘어감
• 운영체제는 해당 프로그램을 block
• base register, limit register값을 세팅하는 건 특권 명령으로, kernel mode에서만 이루어질 수 있다.

✅ CPU Security

• CPU가 하나의 프로그램에 의해 독점되는 것을 막기위해 💊 timer사용
• timer는 정해진 시간이 지나면 interrupt발생시킴
• 운영체제가 일정 시간 후에는 CPU의 제어권을 획득할 수 있도록 한다.
• 따라서 운영체제가 특정 프로그램으로부터 CPU를 뺏을 수 있게 한다.

✅ System Call and I/O

• I/O명령은 모두 특권명령
• 사용자 프로그램이 실행할 수 없다.
• 따라서 사용자 프로그램은 운영체제에게 system call을 통해 I/O를 요청해야 한다.
• system call은 일종의 소프트웨어 interrupt