sv.phhsnews.com


sv.phhsnews.com / Varför använder x86-processorer bara två av fyra "ringsignaler"?

Varför använder x86-processorer bara två av fyra "ringsignaler"?


När du lär dig mer om hur operativsystem och hårdvara de kör på jobbet och interagera med varandra kan du bli förvånad för att se vad som verkar vara oddities eller underutnyttjande av "resurser" som uppstår. Varför är det så? Dagens SuperUser Q & A-post har svaret på en nyfiken läsarens fråga.

Dagens Frågor och svar-session kommer till vår del med SuperUser-en indelning av Stack Exchange, en community-driven gruppering av Q & A-webbplatser.

Foto med tillstånd av Lemsipmatt (Flickr).

Frågan

SuperUser-läsare AdHominem vill veta varför x86-CPU-enheter bara använder två av fyra ringar:

Linux och Windows-baserade x86-system använder endast Ring 0 för kärnläge och Ring 3 för användarläge. Varför skiljer processorer till och med fyra olika ringar om de slutar bara använda två av dem ändå? Har detta ändrats med AMD64-arkitekturen?

Varför använder x86-processorer endast två av fyra ringar?

Svaret

SuperUser-bidragsgivaren Jamie Hanrahan har svaret för oss:

Det finns två huvudskäl.

Den första är att även om x86-CPU: erna erbjuder fyra ringar av minnesskydd, är skyddsgrunderna som erbjuds därmed bara på nivå per nivå. Det vill säga, varje segment kan sättas till en viss ring (privilegierivå) tillsammans med andra skydd som skriv-inaktiverad. Men det finns inte så många segmentbeskrivningar tillgängliga. De flesta operativsystem skulle vilja ha en mycket finare granularitet av minnesskydd, som ... för enskilda sidor.

Så skriv in sidobaserat skydd. De flesta, om inte alla, moderna x86-operativsystem mer eller mindre ignorerar segmenteringsmekanismen (så mycket som de kan ändå) och förlita sig på det skydd som finns tillgängligt från de lågordnade bitarna i sidobordsposter. En av dessa kallas den "privilegierade" biten. Denna bit styr huruvida processorn måste vara i någon av de "privilegierade" nivåerna för att komma åt sidan. De "privilegierade" nivåerna är PL 0, 1 och 2 . Men det är bara en bit, så vid sidan av skyddsnivån är antalet "lägen" som är tillgängliga när det gäller minnesskyddet bara två: En sida kan vara tillgänglig från icke-privilegierat läge, eller inte. Därför bara två ringar. För att få fyra möjliga ringar för varje sida, skulle de behöva ha två skyddsbitar i varje sidobordstangent för att koda ett av fyra möjliga ringsignaler (precis som segmentdeskriptorerna). Men det gör de inte.

Den andra anledningen är en önskan om operativsystemportabilitet. Det handlar inte bara om x86; Unix lärde oss att ett operativsystem skulle kunna vara relativt bärbart för flera processorarkitekturer, och att det var en bra sak. Och vissa processorer stöder bara två ringar. Genom att inte bero på flera ringar i arkitekturen gjorde operativsystemets implementatörer operativsystemen mer bärbara.

Det finns en tredje anledning som är specifik för Windows NT-utveckling. NT: s designers (David Cutler och hans team, som Microsoft hyrde från DEC Western Region Labs) hade omfattande tidigare erfarenheter av VMS; i själva verket var Cutler och några av de andra bland VMS: s ursprungliga designers. Och VAX-processorn för vilken VMS har utformats har fyra ringar (VMS använder fyra ringar).

Men komponenterna som körde i VMS: s Rings 1 och 2 (Record Management Services respektive CLI) var borta från NT-designen. Ring 2 i VMS handlade inte riktigt om operativsystemsäkerhet utan snarare om att bevara användarens CLI-miljö från ett program till det andra och Windows hade inte det begreppet. CLI körs som en vanlig process. När det gäller VMS: s Ring 1 , måste RMS-koden i Ring 1 kalla in Ring 0 ganska ofta och ringövergångar är dyra. Det visade sig vara mycket mer effektivt att bara gå till Ring 0 och göra det med det istället för att ha mycket Ring 0 övergångar inom Ring 1 kod (igen, inte att NT har något som RMS ändå).

När det gäller varför x86 implementerade fyra ringar medan operativsystem inte använde dem, talar du om operativsystem med långt senare design än x86. Många av systemprogrammeringsfunktionerna i x86 konstruerades länge innan NT eller sanna Unix-ish-kärnor implementerades på den, och de visste inte riktigt vad operativsystemet skulle använda. Det var inte förrän vi fick sökning på x86 att vi kunde implementera sanna Unix-ish- eller VMS-liknande kärnor.

Inte bara ignorerar moderna x86-operativsystem i stor utsträckning segmentering (de ställer bara in C-, D- och S-segmenten med en basadress på 0 och en storlek på 4 GB, F och G-segment används ibland för att peka på operativsystemets datastrukturer). De ignorerar i stor utsträckning saker som "task state-segment". TSS-mekanismen var tydligt utformad för trådkontextbyte, men det visar sig ha många biverkningar, så moderna x86-operativsystem gör det "för hand". Den enda tiden x86 NT ändrar hårdvaruuppgifter är för några riktigt exceptionella förhållanden, som ett undantag med dubbla fel.

När det gäller x64-arkitekturen, släpptes många av dessa avstängda funktioner. Till sin kredit talade AMD faktiskt till operativsystemkärnelag och frågade vad de behövde från x86, vad de inte behövde eller inte ville ha, och vad de skulle vilja lägga till. Segment på x64 existerar bara i det som kan kallas vestigial form, uppgiftstillståndsöverföring existerar inte etc., och operativsystem fortsätter att använda bara två ringar.


Har något att lägga till förklaringen? Ljud av i kommentarerna. Vill du läsa mer svar från andra tech-savvy Stack Exchange-användare? Kolla in den fullständiga diskussionsgängan här.


Så här fixar du piltangenterna i Excel

Så här fixar du piltangenterna i Excel

Du arbetar i ett kalkylblad i Excel och du trycker på en av piltangenterna på tangentbordet för att flytta till nästa cell. Men istället för att flytta till nästa cell flyttade hela kalkylbladet. Var inte panik. Det finns en enkel åtgärd för detta. När piltangenterna rullar igenom hela kalkylbladet istället för att flytta från cell till cell, är den som är skyldig i detta beteende scrolltangenten.

(how-to)

HTG Recensioner Netgear Nighthawk X6: En Beefy Tri-Band Router för ett upptagen modernt hem

HTG Recensioner Netgear Nighthawk X6: En Beefy Tri-Band Router för ett upptagen modernt hem

Om du är på marknaden för en routeruppgradering (vi tittar på de av er rocker fortfarande routern som din ISP gav år sedan), är Nighthawk X6 en ultimat premium-router med snabbhet och funktioner som kan sparas. Vidare ser det ut som en galen vetenskapsmännens försök med att krossa en skalbagge med Batmobile.

(how-to)