อะไรคือสิ่งที่ทำให้แอสเซมบลีหยุดการทำงานของระบบล้มเหลว [ปิด]

ก่อนอื่นฉันเป็นผู้เริ่มต้นดังนั้นหากคำถามนี้ฟังดูไร้สาระโปรดชี้ให้เห็นสมมติฐานที่ไม่ถูกต้อง

จากสิ่งที่ฉันเข้าใจงานของระบบปฏิบัติการคือการจัดการฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่ทำงานบนระบบปฏิบัติการ นอกจากนี้จากสิ่งที่ฉันเข้าใจโปรแกรมการประกอบอนุญาตให้หนึ่งในการควบคุมฮาร์ดแวร์เกือบจะโดยตรง ในแอสเซมบลีโปรแกรมหนึ่งสามารถอ่านและเขียนข้อมูลลงในทะเบียนและอ่านและเขียนข้อมูลลงใน RAM

เมื่อได้รับอิสรภาพในการยุ่งเกี่ยวกับการลงทะเบียนและแรมมันเป็นไปไม่ได้ที่โปรแกรมประกอบจะส่งผลกระทบต่อระบบปฏิบัติการหรือไม่ สมมติว่าระบบปฏิบัติการใช้การลงทะเบียน A เพื่อเก็บข้อมูลที่สำคัญและสมมติว่าฉันเรียกใช้โปรแกรมที่ประกอบบนระบบปฏิบัติการนั้น หากโปรแกรมเขียนขยะลงใน register A ได้สำเร็จระบบปฏิบัติการจะได้รับผลกระทบอย่างแน่นอน

คำถาม:

1. เป็นไปได้หรือไม่ที่จะยุ่งกับ register A ตามที่อธิบายไว้ข้างต้น?

2. ถ้าไม่จะหยุดโปรแกรมการประกอบไม่ให้แก้ไขการลงทะเบียนที่ใช้โดยระบบปฏิบัติการ

ในที่สุดโปรแกรมทั้งหมดเป็นรหัสเครื่องโดยไม่คำนึงว่าภาษาต้นฉบับเป็นแอสเซมเบลอร์หรือภาษาระดับสูง

สิ่งสำคัญคือมี กลไกฮาร์ดแวร์ที่ จำกัด สิ่งที่กระบวนการที่กำหนดสามารถทำได้รวมถึงการลงทะเบียน "messing with" ที่อาจส่งผลกระทบต่อโปรแกรมอื่นหรือระบบปฏิบัติการของตัวเอง

สิ่งนี้เริ่มต้นด้วยความแตกต่างอย่างง่ายระหว่างโหมดการทำงาน "ผู้ใช้" และ "ผู้ควบคุม" และตั้งแต่นั้นได้พัฒนาเป็นสถาปัตยกรรมความปลอดภัยที่มี "วง" หลายสิทธิ์

นี่เป็นตัวอย่างทั่วไปที่ทำให้เป็นรูปธรรมมากขึ้น:

• ใน "โหมดผู้ใช้" กระบวนการไม่สามารถเข้าถึงหน่วยความจำที่ไม่ได้รับการกำหนด ID กระบวนการของตน หน่วยความจำที่กำหนดให้กับกระบวนการอื่นและระบบปฏิบัติการของตัวเองถูกบล็อก ซึ่งรวมถึงค่าของการลงทะเบียนที่ใช้โดยกระบวนการอื่น ๆ เหล่านั้น สิ่งนี้ถูกบังคับใช้โดยฮาร์ดแวร์ MMU

• ดังนั้นใน "โหมดผู้ใช้" กระบวนการไม่สามารถเข้าถึงการลงทะเบียนการควบคุม MMU

• และแน่นอนใน "โหมดผู้ใช้" กระบวนการไม่สามารถเปลี่ยนโหมดเป็น "โหมดผู้ดูแล" ยกเว้นผ่านกลไกที่กำหนดไว้อย่างดีซึ่งเกี่ยวข้องกับการเรียกใช้ฟังก์ชั่นระบบปฏิบัติการ

ระบบปฏิบัติการได้รับการควบคุมหากกระบวนการพยายามที่จะทำลายกฎใด ๆ เหล่านี้ เมื่อเกิดเหตุการณ์ขึ้นระบบปฏิบัติการก็สามารถหยุดกระบวนการที่กระทำผิดได้

ระบบปฏิบัติการหลายภารกิจหลายระบบใช้โครงสร้างข้อมูลที่เรียกว่า Process Control Block (PCB) เพื่อดูแลปัญหาการเขียนทับลงทะเบียน เมื่อคุณเรียกใช้รหัสของคุณระบบปฏิบัติการจะสร้างกระบวนการใหม่เพื่อติดตามมัน PCB มีข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการและพื้นที่ของคุณที่จัดสรรเพื่อเก็บเนื้อหาการลงทะเบียน สมมติว่าโปรเซสกำลังทำงานบนโปรเซสเซอร์และรหัสของคุณอยู่ในโปรเซส B จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณรันโค้ดเพื่อทำสิ่งนี้:

1. ข้อมูลสถานะของกระบวนการ A (เนื้อหาการลงทะเบียนตัวนับโปรแกรม ฯลฯ ) จะถูกคัดลอกลงใน PCB

2. ข้อมูลสถานะของกระบวนการ B จะถูกคัดลอกจาก PCB ไปยัง CPU register

3. กระบวนการ B รันบนตัวประมวลผลจนกว่าจะเสร็จสิ้นหรือถูกจอง

4. ข้อมูลสถานะของกระบวนการ B จะถูกคัดลอกกลับไปยัง PCB

5. ข้อมูลสถานะของกระบวนการ A จะถูกคัดลอกกลับไปยัง CPU และจะยังคงทำงานต่อไป

หากระบบปฏิบัติการกำลังทำงานเป็นกระบวนการ A คุณสามารถดูวิธีการบันทึกการลงทะเบียนก่อนที่โปรแกรมของคุณจะทำงานแล้วคัดลอกมันกลับสู่ซีพียูเมื่อโปรแกรมของคุณสิ้นสุดลงป้องกันโปรแกรมผู้ใช้

เพื่อหลีกเลี่ยงกระบวนการที่ผู้ใช้เขียนข้อมูลระบบปฏิบัติการในหน่วยความจำแพลตฟอร์มส่วนใหญ่จะใช้การแบ่งส่วนหน่วยความจำ โดยพื้นฐานแล้วการใช้หน่วยความจำเสมือนพื้นที่แอดเดรสที่กระบวนการเห็นสามารถแมปกับช่วงฟิสิคัลแอดเดรสใด ๆ ตราบใดที่พื้นที่หน่วยความจำกายภาพของกระบวนการไม่ทับซ้อนกันก็เป็นไปไม่ได้ที่กระบวนการหนึ่งจะเขียนทับข้อมูลของผู้อื่น

แน่นอนว่าระบบปฏิบัติการที่แตกต่างกันทำสิ่งที่แตกต่างกันดังนั้นสิ่งนี้จะไม่นำไปใช้ในทุกกรณี นอกจากนี้บนแพลตฟอร์มส่วนใหญ่กระบวนการ OS จะทำงานในโหมดที่แตกต่างจากกระบวนการผู้ใช้และมีความซับซ้อนบางอย่างที่นั่น

ขึ้นอยู่กับแพลตฟอร์มที่คุณกำลังพูดถึง

• บนโปรเซสเซอร์ขั้นพื้นฐานเพิ่มเติมโปรเซสเซอร์เพียงดำเนินการตามคำแนะนำที่โปรแกรมสั่งให้ดำเนินการ

• บนโปรเซสเซอร์ที่ซับซ้อนกว่ามีสองโหมด (อย่างน้อย) โหมด ในโหมดเดียวโปรเซสเซอร์จะทำสิ่งที่โปรแกรมบอกให้ทำ ในโหมดอื่นตัวประมวลผลเองปฏิเสธที่จะปฏิบัติตามคำแนะนำบางอย่าง

อะไรที่ทำให้โปรแกรมหยุดทำงานทั้งระบบ? ด้วยโปรเซสเซอร์ชนิดแรกคำตอบคือ "ไม่มีอะไร" ด้วยตัวประมวลผลพื้นฐานโปรแกรม rogue เดียวอาจทำให้ระบบทั้งหมดพังได้ คอมพิวเตอร์ที่ใช้ในบ้าน 8 บิตรุ่นแรกและคอมพิวเตอร์ 16 บิตส่วนใหญ่อยู่ในประเภทนี้

บนพีซีที่ทันสมัยโปรเซสเซอร์มีฮาร์ดแวร์ "การป้องกัน" โดยทั่วไประบบปฏิบัติการจะทำงานในโหมดพิเศษที่อนุญาตให้ทำสิ่งใดก็ได้ในขณะที่โปรแกรมปกติทำงานในโหมดที่โปรเซสเซอร์จะอนุญาตเฉพาะการกระทำบางอย่างเท่านั้น (ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าที่ระบบปฏิบัติการได้กำหนดค่าไว้บนโปรเซสเซอร์) สิ่งต่าง ๆ เช่นการเข้าถึงการลงทะเบียนบางอย่างหรือการเข้าถึงช่วงหน่วยความจำเฉพาะเท่านั้น

เห็นได้ชัดว่าการอนุญาตให้โปรแกรมโกงเพียงครั้งเดียวพังระบบทั้งหมดไม่ดี (นอกจากนี้ยังมีผลกระทบด้านความปลอดภัยที่รุนแรงในการอนุญาตให้โปรแกรมโกงเข้าถึงข้อมูลที่ต้องการได้) เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหานี้คุณต้องมีสองสิ่ง:

1. โปรเซสเซอร์ที่มีฮาร์ดแวร์ป้องกันจริง ๆ (เช่นสามารถกำหนดค่าให้ปฏิเสธที่จะใช้งานคำสั่งบางอย่างได้)

2. ระบบปฏิบัติการที่ใช้สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้เพื่อป้องกันตัวเอง (การใช้ชิปที่มีวงจรป้องกันไม่ดีถ้าระบบปฏิบัติการไม่เคยใช้!)

เดสก์ท็อประบบปฏิบัติการสมัยใหม่ใด ๆ ที่คุณสามารถตั้งชื่อ (Windows, Linux, Mac OS, BSD ... ) เป็นระบบปฏิบัติการที่มีโหมดการป้องกันที่ทำงานบนโปรเซสเซอร์ที่มีฮาร์ดแวร์ป้องกัน หากคุณกำลังพัฒนาสมองกลฝังตัวบนไมโครคอนโทรลเลอร์ 8 บิตบางตัวนั่นอาจจะไม่มีฮาร์ดแวร์ป้องกันใด ๆ (หรือระบบปฏิบัติการใด ๆ สำหรับเรื่องนั้น ... )

Q. อะไรคือสิ่งที่ทำให้แอสเซมบลีหยุดทำงานไม่ให้ทำงานล้มเหลวในระบบปฏิบัติการ

A. ไม่มีอะไร

อย่างไรก็ตามโปรแกรมเมอร์ที่ฉลาดมาก ๆ ได้พยายามอย่างหนักในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเพื่อทำให้มันยากขึ้นเรื่อย ๆ โชคไม่ดีสำหรับโปรแกรมเมอร์ที่ฉลาดทุกคนมีอีกหลายคนที่อยู่ระหว่างพวกเขามีความคิดสร้างสรรค์มีความทะเยอทะยานมากขึ้นและบางครั้งก็โชคดีกว่าคนที่ฉลาด ทุกครั้งที่โปรแกรมเมอร์ผู้ชาญฉลาดกล่าวว่าไม่มีใครควรทำหรือทำอะไรบางอย่างใครบางคนในนั้นจะหาวิธีที่จะทำ Microsoft Windows (เป็นตัวอย่าง) ได้รับรอบเกือบ 35 ปีและเรายังคงมี BSoD (หน้าจอสีน้ำเงินแห่งความตาย) ซึ่งเป็นเพียงคำแนะนำที่ผิดพลาดของระบบปฏิบัติการ

ให้เริ่มต้นด้วยคำศัพท์เล็กน้อย ทุกอย่างที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ทำในรหัสเครื่อง บิตที่อ่านการกดแป้นหรือการเคลื่อนไหวของตัวชี้เมาส์บิตที่เปลี่ยนสีของพิกเซลบนจอแสดงผลหรืออ่านไบต์จากไฟล์และบิตที่คำนวณว่าสัญลักษณ์แสดงหัวข้อย่อยของคุณโจมตีคนเลวหรือบิตที่ตัดสินใจ หากใบสมัครบัตรเครดิตของคุณจะได้รับการยอมรับจะดำเนินการทั้งหมดตามลำดับของรหัสเครื่อง งานบางอย่างเป็นเรื่องธรรมดามากและมักจะทำบ่อยครั้งจนเหมาะสมที่จะรวบรวมคำแนะนำที่จำเป็นในการทำและให้ทุกคนใช้ชุดประกอบนั้น กลุ่มของงานเหล่านี้ที่อนุญาตหรือช่วยให้ผู้อื่นใช้คอมพิวเตอร์มักจะถูกเรียกว่าระบบปฏิบัติการ แต่ไม่มีอะไรแตกต่างกันระหว่างพวกเขาและโปรแกรมอื่น ๆ นี่เป็นเพียงลำดับของคำสั่งเครื่อง

สิ่งที่ทำให้ระบบปฏิบัติการมีความซับซ้อนมากขึ้น (และมีแนวโน้มที่จะล้มเหลว) คือพวกเขาต้องคำนึงถึงสิ่งที่คุณไม่ต้องคิด ยกตัวอย่างงานที่ง่ายที่สุด ฉันต้องการเขียนข้อความถึงส่วนท้ายของไฟล์ ในภาษาระดับสูงคุณจะเขียนสิ่งที่ชอบ:

  with open("myFile.txt", "w+") as f:
      # do some really clever things
      f.write("Goodbye cruel world!")

ให้ละเว้นรายละเอียดทั้งหมดเกี่ยวกับวิธีการเข้าถึงและเปลี่ยนแปลงสถานะฟิสิคัลหรือวิธีตีความสถานะเป็นบิตและไบต์หรือวิธีถ่ายโอนไบต์เหล่านั้นไปยังและจากหน่วยความจำและ CPU และเชื่อมั่นว่าโปรแกรมทั้งหมดที่ระบบปฏิบัติการมีให้ เบื้องหลัง. ลองคิดดูว่าคุณจะต่อท้ายไฟล์อย่างไร 1) ค้นหาว่าจุดสิ้นสุดของไฟล์คืออะไร 2) เขียนบางสิ่งที่ตำแหน่งนั้น สิ่งที่อาจจะผิดไป? จริงๆแล้วค่อนข้างเยอะ คิดเกี่ยวกับสิ่งอื่นที่เกิดขึ้นบนคอมพิวเตอร์ขณะที่คุณทำสิ่งที่ฉลาด หากสิ่งอื่นใดที่ทำโดยคนอื่น (รวมถึงระบบปฏิบัติการของตัวเอง) เปลี่ยนแปลงไฟล์ที่คุณกำลังทำงานอยู่ในทางใดทางหนึ่งแล้วงานที่เรียบง่ายนี้ก็จะซับซ้อนมากขึ้น ไฟล์ยาวกว่าไฟล์จะสั้นกว่า ไฟล์ไม่ได้อยู่ที่นั่นอีกต่อไป ดิสก์เต็ม