CPU、Memory和I/O是電腦系統中三個重要的資源,保護這些資源免受單一使用者的濫用或不當存取是確保系統穩定性和安全性的重要課題。
CPU Protection:
CPU Protection的主要目標是確保不同的程序或任務之間能夠公平地共享CPU時間,防止某一個程序佔用過多的CPU資源。一種方法是使用作業系統提供的時間片輪詢(Time Slice)機制,將CPU時間分配給不同的程序,每個程序在分配的時間片內運行。這樣可以確保每個程序都有機會執行,並防止某個程序壟斷CPU資源。
Memory Protection:
Memory Protection的目標是防止程序之間相互干擾或非法訪問其他程序的內存空間。作業系統通常會使用虛擬內存(Virtual Memory)機制來實現內存保護。每個程序被分配一個獨立的虛擬地址空間,程序只能訪問自己的虛擬地址空間,無法直接訪問其他程序的內存。通過分配虛擬地址空間和物理內存之間的映射,作業系統可以有效地實現內存保護。
I/O Protection:
I/O Protection的主要目標是確保不同程序之間的I/O設備(如硬盤、網絡接口等)能夠安全地共享,防止某個程序佔用過多的I/O資源或對其他程序造成干擾。一種方法是使用作業系統提供的I/O設備管理機制,通過設置權限和控制程序對I/O設備的訪問,確保每個程序都能夠按照一定的規則訪問I/O設備。另外,作業系統也可以通過排隊和調度機制來管理程序對I/O設備的訪問,防止某個程序壟斷I/O資源。