JPS6138508B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はメモリ保護に関するものである。記憶
装置への誤まつたアクセスによるデータの変更を
防ぐためには大別してキー方式とセクメント方式
と呼ばれる２つの方法がある。

まずキー方式について説明する。電子計算機の
中央処理装置（以下CPUと略記する）側にはア
クセスを行なう記憶装置のアドレスを保持するア
ドレスレジスタと、アクセスを起こすプログラム
に結びつけられるプログラムキー（PK）とがあ
る。一方、メモリは複数のブロツクＡ，Ｂ，Ｃ…
…に分割されており、各ブロツクに結びつけられ
たメモリキーKA，KB，KC……がある。メモリ
アクセスが行なわれるときには、アクセスされる
メモリのブロツクに結びつけられたメモリキー３
がアドレスレジスタの指示によつて取り出され、
上記のプログラムキーと比較される。メモリ保護
は誤つたメモリアクセスを防止するためのもので
あるから、比較の結果がキー同志の一致を示すと
きはアクセス可能とし、キー同志の不一致を示す
ときにアクセスを禁止する。

このような例としてはU.S.P.3377624、U.S.
P.3576544が挙げられる。

次に、セグメント方式を説明する。CPU側に
は、アクセスを行なうメモリのアドレスを保持す
るアドレスレジスタと、アクセスを起こすプログ
ラムに結びつけられる境界アドレスおよびサイズ
をそれぞれ格納するレジスタがある。境界アドレ
スは、該当プログラムがアクセス可能なメモリ域
の先頭アドレスを示し、サイズはそのメモリ域の
大きさを示している。メモリアクセスが行なわれ
るときには、アドレスレジスタの示すアドレスが
境界アドレスとサイズとによつて示される特定の
メモリ域の内にあるか外にあるか否かが調べら
れ、その結果にもとづいてメモリ保護動作がなさ
れる。すなわち、アドレスレジスタの示すアドレ
スが、境界アドレスとサイズとにより示されるメ
モリ域の内であればアクセス可能とし、外側であ
ればアクセスを禁止する。

ところで、通常、多くのデータ処理装置は一旦
市場に受入れられた後に更に多くの機能を要求さ
れることがしばしば起こる。ところが従来のデー
タ処理装置においては記憶保護方式にもよるが、
記憶保護機能を拡張する場合には、新しい基本的
構造を必要とすることが多く、その為に新旧ソフ
トウエアの互換性が得られなくなるという重大な
問題があつた。ソフトウエアの比重が大きくなつ
た最近においては、これを救済するために、新し
いデータ処理装置では従来装置との互換性モード
と称する動作モードを持ち、中央処理装置のプロ
グラム状態語（PSV）に識別子を設け、PSWの
内容を変更する命令（例えばPSWコード命令）
を用いて上記識別子を変更してデータ処理装置全
体の動作モードを切換え、従来装置のソフトウエ
アを有効化させる手段がとられている。この場合
は新旧それぞれのモードで動作可能なように制御
プログラムはそれぞれのモードについて用意さ
れ、また、これらを切り替えるためのプログラム
も用意されている。しかしながら、PSWの内容
を変更する命令は一般に特権命令と呼ばれる特殊
な命令で、制御プログラムしか発行することがで
きない。このため通常の処理プログラムから上記
識別子を変更させる場合には該処理プログラムと
制御プログラムとの間で連絡をとらなければなら
ないが、このためにかなり大きなソフトウエアオ
ーバヘツドを生じてしまう。記憶保護機能を拡張
してよりきめ細かい記憶保護を実現しようとする
時は、このオーバヘツドはより問題となる。さら
には上記識別子を変更するために特定の命令を必
要とするため、従来装置のソフトウエアを一部変
更しなければならない場合が生じる。特に従来装
置のソフトウエアを記憶保護機能を拡張した環境
下で動作させる場合には、従来ソフトウエアの中
に上記のPSWを変更する命令もしくは処理プロ
グラムと制御プログラムとの間で連絡を行なうた
めの手続き処理を追加挿入しなければならず、事
実上不可能になつてくる。

本発明の目的とするところは上述の問題点を解
消することにあり、記憶保護情報の変更が制御プ
ログラムの介入なしに行なわれ、変更処理の容易
な記憶保護方式の提供にある。

本発明はある特定のアドレスを記憶しておき
CPVにおいて処理されるプログラムのうち、メ
モリをアクセスするある定められた命令が実行さ
れるとき、そのアクセスするアドレスと上記の特
定のアドレスとがある決められた関係にあること
を検知して記憶保護情報を変更する手段を新たに
設けたものである。

第１図のメモリマツプはメモリの使用方法の概
略を示したもので、記号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ……
で示す分割されたメモリの領域は、それぞれ全く
異つた処理に使用される。たとえば、領域イはオ
ンライン業務プログラムに、領域ｂはバツチ処理
プログラムに、また領域ｃは会話形端末制御プロ
グラムに、……という具合に使用される。これら
を仮にサブシステムと呼ぶことにする。またｅの
領域のように、各サブシステムからバツフア域と
して使用できるワークエリアＷ１，Ｗ２，Ｗ３…
…を集合させたような領域もある。ひとつのサブ
システムは、複数のプログラムから成つており、
それらはたとえば領域ｂのようにＰ１，Ｐ２，Ｐ
３……というように示される。具体的には、シス
テムの制御プログラムあるいはスーパバイザとの
リンクを行なうプログラムの領域、データ管理な
どを行なう管理プログラムの領域、業務処理を行
なう業務プログラムの領域などである。

第２図に本発明の一実施例を示す。図中、１は
メモリの各エリアに対応して設けられた記憶保護
情報を格納するテーブル、２は処理装置側の記憶
保護情報を格納するレジスタである。本実施例で
の記憶保護情報について以下に説明する。

第１図のようなメモリの使用が行なわれている
とすると、ａ，ｂ，ｃ……のようなサブシステム
に対してはサブシステムごとに固有のメモリキー
を割当てられる。たとえば、ａのサブシステムに
はキーとして“１”を割当て、ｂのサブシステム
にはキーとして“２”を割当て、ｃのサブシステ
ムにはキーとして“３”を割当てるという具合で
ある。サブシステム内のプログラムでは、たとえ
ば、管理プログラムでは領域Ｐ１とＰ２とＰ３を
アクセス可能とし、業務プログラム（user
Progrum）では領域Ｐ２とＰ３をアクセス可能と
するというように、サブシステム内でレベル分け
したメモリ保護が要求される。

このために上記の例ではＰ１に“０”、Ｐ２に
“１”、Ｐ３３に“２”を保護情報として与え、プ
ログラム側では管理プログラムには“０”、user
Programには“１”を与える。プログラム側はこ
の他サブシステムに対するキーも持つている。そ
してサブシステムに与えられたキーが一致しかつ
上記のプログラム側のキーがメモリ側のキーより
小さいか等しいときアクセス可能とすれば上述の
要求されるメモリ保護が実現できる。以下、サブ
システムに対する保護情報をＸ、サブシステム内
の保護情報をＹで表わす。上記の例でＰ１に
“２”、Ｐ２に“１”、Ｐ３に“０”を与え、プロ
グラム側のキーがメモリ側のキーより大きいか等
しいときアクセス可能としてもよい。

第４図は本実施例における保護キーの付与を示
す。サブシステムａにはＸ＝０、ｂにはＸ＝１の
ように付与し、更にサブシステムｂ内のエリアＰ
１にはＸ＝１、Ｙ＝０のように更なる保護キーを
付与する。第２図保護テーブル１にはそれぞれの
領域を示すアドレスでポイントされる位置に
Fig、４の保護キーＸとＹの値が格納されてい
る。一方、プログラムが実行されるときには一般
にPSW（Program Status Word）と呼ばれる制
御用ワードが用意される。この例をFig、３に示
す。ここには割込マスク、コンデイシヨンコー
ド、メモリ保護キー、命令アドレスなどが一般に
含まれている。プログラムの実行においては前記
の保護キーがレジスタ２に読み出されてセツトさ
れる。このキーもメモリ側と同様のサブシステム
についてつけられたキーＸと、管理プログラムか
ユーザプログラムかを示すキーＹとからなる。

演算処理装置（BPV）４はメモリ３から読み出
した命令を命令レジスタ５に格納し、そのオペレ
ーシヨン部をデコーダ７でデコードして種種の制
御信号を発生して制御を行なうとともにアドレス
レジスタ６に次に読み出すべき情報のアドレスを
作り、メモリ３に与える。また、アクセス要求を
発生し、メモリ３から与えられたアドレスに従う
情報を読み出して命令レジスタ５にセツトする。
以上は極めて一般的BPUの動作である。

次に記憶保護情報の変更について説明する。

変更の必要の生じる場合の例は次のようなもの
である。あるユーザプログラムによつて使用され
るサブルーチンがシステムの変更によつて管理プ
ログラムのエリアに格納されることになつた。或
いはあるユーザプログラムに管理プログラムエリ
ア内にあるサブルーチンの参照を許すようなシス
テムにした。などである。このような場合にはメ
モリ保護情報を変更しない限りはユーザプログラ
ムからはこのようなサブルーチンの参照は不可能
である。

従つて本発明では実行される命令がある特定の
命令であるときにメモリ保護情報を変更するもの
で、かつその変更を管理プログラムの介在なく行
なわしめる。ただし、ある特定の命令であると
き、例えば分岐命令のときすべて保護情報を変更
することは適当ではない。このため、その命令に
よつてアクセスされたアドレスが予じめ設定され
たものであることによつて保護情報を変更するも
のとした。

第５図は間接分岐命令方式の例を示す。第２図
のインストラクシヨンレジスタ５に分岐命令が読
み出され、アドレスレジスタ６に分岐アドレスが
作られるが間接分岐の方式ではこれは直接的な分
岐先アドレスではなく、分岐先アドレスが格納さ
れているメモリエリアを指定するアドレスであ
る。第５図においてはＸ番地よりも上位に分岐先
アドレスが格納してあり、それ以下にプログラム
Ａ１，Ａ２が格納されている。仮にアドレスレジ
スタ６にＢ１というアドレスが作られるとＡ１と
いう分岐先アドレスがアドレスレジスタ６に読み
出され、Ａ１で始まるプログラムＡ１に処理が移
る。ここで現在ユーザプログラムが処理中であ
り、プログラムＡ１は管理プログラム領域にある
ものとする。

コントロールレジスタ７はこのＸ番地を記憶し
ているものでＸ番より上位のテーブル領域にある
分岐アドレスについてはユーザプログラムが管理
プログラム領域のアクセスすることを許可するこ
とを意味する。比較器８はアドレスレジスタ６の
アドレスがコントロールレジスタ７のアドレスよ
り小さいかどうかを判定し、小さいときに信号を
発してアンドゲート９，１０に与える。一方デコ
ーダ７の出力のうちサブルーチンへの分岐命令を
示す信号線１１はアンドゲート９に与えられ、よ
つて、Ｘ番地より上位のテーブル領域へのサブル
ーチン分岐命令であるときに信号線１２に保護情
報変更を指示する信号が発せられる。

さて、例えば第４図のような保護キーが付与さ
れ、現在サブシステムｂのユーザプログラムが実
行されているとすると、レジスタ２のＸは
“１”、Ｙは“１”である。この状態ではＰ１の領
域（Ｘ＝１、Ｙ＝０）にはアクセス不可である。
レジスタ１３にはＹ＝０、即ち、管理プログラム
に対して与えられる保護キーが格納されており、
信号線１２に変更指示信号があることをもつてア
ンドゲート１４を通してレジスタ２のキーＹの位
置に書き込まれる。１５は一致、不一致を検知し
一致したときに信号を発する比較器、１６は大小
を検知し、プログラム側キーがメモリ側キーより
小さいか等しいとき信号を発する比較器である。
レジスタ２のキーＸは比較器１５、Ｙは比較器１
６に与えられる。一方、アドレスレジスタ６のア
ドレス（ex、第５図のＡ１，Ａ２）によつて保
護テーブル１から読み出されたキーＸは比較器１
５に、キーＹは比較器１６にそれぞれ与えられ
る。アンドゲート１７が開くときは、アクセス可
能な状態を示すから、アンドゲート１８でアクセ
ス要求の送信を許可し、アドレスレジスタ６のア
ドレスによるアクセスを行なわしめる。デコーダ
出力２０は特権命令を示し、アンドゲート１０の
出力が信号線２３を通してアンドゲート２１，２
２に与えられる。レジスタ１９にはキーＸがセツ
トされており、レジスタ１９はアンドゲート２
１、レジスタ１３はアンドゲート２２に接続され
ている。従つてアンドゲート１０の出力により、
レジスタ２のキーＸ，Ｙとも変更される。これは
他の特殊な場合において使用される。

以上のような構成によれば誤まつたメモリアク
セスのアドレスが作られたとしても比較器１５，
１６の少なくとも一方の出力がなく、アンドゲー
ト１７，１８がともに開かないためアクセスは禁
止される。そして命令がある特定の命令で、かつ
そのときのメモリアクセスのアドレスが特定のも
のであつた場合には保護キーが変更されてアクセ
ス不可であるものをアクセス可能とすること、即
ち、ユーザプログラムの実行でありながら保護キ
ーは管理プログラムのものに変えてユーザプログ
ラムから管理プログラムのサブルーチン使用する
ことができる。

第６ａ図は本発明の他の実施例を示すもので、
保護情報を変更すべきアドレスがＸ番地からＹ番
地であることを示す。第６ｂ図はこのときの回路
例を示す。

コントロールレジスタは１０１，１０２で示さ
れる２個が設置され、それぞれＸ、Ｙがセツトさ
れている。アドレスレジスタ６のアドレスをＢと
表わす。比較器１０３はＢがＹより小さいことを
検知し、比較器１０４はＢがＸより大きいことを
検知する。これらの出力がアンドゲート１０５に
与えられたその出力は第２図のアンドゲート９，
１０に与えられる。

第７ａ図は保護情報を変更すべきアドレスがＸ
番地からdX番地進んだアドレスまでであること
を示す。

第７ｂ図は第７ａ図の場合の回路構成を示す。
コントロールレジスタは１１１，１１２で示され
る２個が設けられ、それぞれにＸ，dXがセツト
される。加算器１１３はレジスタ１１１，１１２
の値を加算しＸ＋dXを作る。比較器１１４はＢ
がＸ＋dXより小さいことを検知し、比較器１１
５はＢがＸより大きいことを検知する。これらの
出力がアンドゲート１１６に与えられ、その出力
がFig、２のアンドゲート９，１０に与えられ
る。

第８ａ図はメモリのトビトビの位置に保護情報
を変更すべきアドレスがある場合を示している。
この場合には第８ｂ図に示すようにコントロール
レジスタ１２１にはそれらのアドレスがスタツク
されており、比較器１２２はそれらの中でアドレ
スレジスタ６のアドレスと一致するものがあるか
どうかを検知する。

上記の方法は必要に応じて選択されるべきもの
である。デコーダ７に与えられる命令の種類に応
じて、上記のアドレスの比較法を異ならせて選択
してもよい。

また、制御アドレスとして０番地を設定すれ
ば、どのオペレーシヨンにおいても記憶保護情報
の変更を行なわなくすることも可能となる。

以上の説明から明らかな如く、本発明によれば
次のような効果が得られる。

(1) 記憶保護情報を変更させるために特殊な命令
を用いず、たとえば処理プログラムにて通常に
発行できる命令で行なうオペレーシヨンを中央
処理装置にあらかじめ設定しておくことによ
り、アクセス元の記憶保護情報の変更が上記オ
ペレーシヨンに付随して行なわれるため、ソフ
トウエアオーバヘツドを招かない。

(2) 同様に、従来ソフトウエアを記憶保護機能を
拡張した環境下で動作させる際にも、従来ソフ
トウエアにて通常に発行できる命令で行なうオ
ペレーシヨンを中央処理装置にあらかじめ設定
しておくことにより、従来ソフトウエウの変更
なしに記憶保護情報の変更を実現しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図はメモリの使用方法を示す図、第２図は
本発明のシステムの構成図の一例を示す。第３図
はプログラムステータスワード（PSW）の構成
例を示す。第４図はメモリ保護キーを説明する
図、第５図は分岐アドレスの格納状態を示す。第
６ａ図はメモリ上の分岐アドレスの配置の他の例
を示す。第６ｂ図は第６ａ図の場合のアドレス比
較の実施例を示す。第７ａ図はメモリ上の分岐ア
ドレスの配置の他の例を示す。第７ｂ図は第７ａ
図の場合のアドレス比較の実施例を示す。第８ａ
図はメモリ上の分岐アドレスの配置の更なる他の
例を示す。第８ｂ図は第８ａ図の場合のアドレス
比較の実施例を示す。 １……保護テーブル、２……レジスタ、３……
メモリ、５……命令レジスタ、６……アドレスレ
ジスタ、７……コントロールレジスタ、１５，１
６……比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれが複数の記憶エリアを含む複数のサ
   ブシステムエリアをもつ主メモリと主メモリをア
   クセスするプログラム処理装置をもつデータ処理
   システムに使用される記憶保護システムであつ
   て、前記主メモリのサブシステムの各々に対応し
   て設けられた第１保護情報と前記記憶エリアの
   各々に対応して設けられた第２保護情報とを格納
   する第１記憶手段と、前記それぞれ処理装置で実
   行されるプログラムに対応して設けられ、前記サ
   ブシステムに対応する第３保護情報と管理プログ
   ラムかユーザプログラムであるかに対応する第４
   保護情報とを格納する第２記憶手段と、前記処理
   装置で実行される命令が予じめ決められた特定の
   命令であることを検知する第１検知手段と、前記
   命令によつて指示されるアドレスが予じめ決めら
   れた特定のアドレスであることを検知する第２検
   知手段と、前記処理装置によつて主メモリをアク
   セスするアドレスを含む記憶エリアに関する第１
   記憶手段に格納されている第１、第２の保護情報
   と、第２記憶手段に格納されている第３、第４の
   保護情報を、第１と第３の保護情報、第２と第４
   の保護情報とをそれぞれ照合しメモリアクセスの
   許可または禁止を決定する手段と、第１、第２検
   知手段に応答し、第２記憶手段の第４保護情報を
   変更する手段とを有することを特徴とする記憶保
   護システム。