KR20040102826A - Method for protect of software memory in real time operating system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for software memory protection on an RTOS(Real Time Operating System) using a paging technique is provided to protect important data by adding a memory protection function using the paging technique and remarkably reduce distortion for shared resources by allowing data registered to a memory protection area only to be read until a write authority for a page block is received. CONSTITUTION: After fixing the area managed by software paging on a memory and dividing the assigned area into pages of the same size, a map table is set by pointers for the divided pages, a memory map list structure for each page is formed, and a bitmap for all corresponding pages is initialized. A free block fit to the requested size is allocated by searching a free list, and the OS allocates the protection memory area for the managed data by obtaining the free list of the allocated memory and returning an address. As the allocated protection memory area is cancelled and the bitmap for neighboring pages is searched, bigger free block is formed/entangled to the list by uniting the free blocks to be united.

Description

실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법{Method for protect of software memory in real time operating system}Method for protect of software memory in real time operating system

본 발명은 실시간 운영체제(RTOS, Real Time Operating System)에서의 소프트웨어 메모리 보호(Software Memory Protection) 기능의 구현 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페이징(paging) 기법을 응용한 메모리에 대한 보호 기능을 소프트웨어적인 기능으로 추가함으로써 중요한 데이터에 대한 보호를 받을 수 있도록 하고, 또한 상기한 기능을 통해 메모리 보호 영역에 등록된 데이터들은 그 해당 페이지 블록(Page Block)에 대한 라이트(write) 권한을 부여받기 전까지는 리드(read)만 가능하도록 함으로써, 공유자원에 대한 왜곡 현상을 현저히 줄일 수 있으며, 이를 통해 시스템의 안정화에 기여할 수 있도록 한 실시간 운영체제에서소프트웨어적인 메모리 보호 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of implementing a software memory protection (RTOS) function in a real time operating system (RTOS), and more particularly, to protect a memory using a paging technique. By adding it as an advanced function, it is possible to protect important data. Also, the data registered in the memory protection area through the above function is protected until write permission is given to the corresponding page block. By only reading (read), it is possible to significantly reduce the distortion of the shared resources, and through this it relates to a software memory protection method in a real-time operating system to contribute to the stabilization of the system.

일반적으로, 실시간 운영체제(RTOS, Real Time Operating System)(VxWorks)에서는 메모리 보호에 대한 기능이 미비하다. 따라서, 메모리 보호를 위한 기능을 추가하고자 할 경우 비싼 임의 패키지(optional package)를 구매하거나, 더 상위의 버전(version)으로 업그레이드를 해야 한다. 그러나, 이는 개발에 있어서 상당한 제약이 따르며, 많은 시간이 낭비되는 문제점이 있었다.In general, the Real Time Operating System (RTOS) (VxWorks) lacks the ability to protect the memory. Therefore, if you want to add a function for memory protection, you need to purchase an expensive optional package or upgrade to a higher version. However, this is a significant limitation in the development, there was a problem that a lot of time wasted.

또한, 상용 실시간 운영체제에 메모리에 대한 보호 기능이 없으므로 인해 슈퍼바이저(supervisor) 모드에서 동작하는 모든 소프트웨어들은 어느 특정 영역에 대한 데이터가 왜곡되는 경우가 빈번하게 발생되며, 이로 인하여 소프트웨어들은 서로 상대방의 영역을 침범하지 않도록 주의해야 했고, 에러 발생시 디버깅에 있어 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있었다.In addition, since there is no memory protection function in the commercial real-time operating system, all the software operating in the supervisor mode frequently causes data to be distorted in a certain area, which causes the software to be in the other party's area. Be careful not to violate the problem, and there was a problem that it takes a long time to debug when an error occurs.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,Accordingly, the present invention is proposed to solve the above problems of the prior art,

본 발명의 목적은 페이징(paging) 기법을 응용한 메모리에 대한 보호 기능을 소프트웨어적인 기능으로 추가함으로써 중요한 데이터에 대한 보호를 받을 수 있도록 하고, 또한 상기한 기능을 통해 메모리 보호 영역에 등록된 데이터들은 그 해당 페이지 블록(Page Block)에 대한 라이트(write) 권한을 부여받기 전까지는 리드(read)만 가능하도록 함으로써, 공유자원에 대한 왜곡 현상을 현저히 줄일 수있으며, 이를 통해 시스템의 안정화에 기여할 수 있도록 한 실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to add a protection function for the memory to which the paging technique is applied as a software function so that important data can be protected, and the data registered in the memory protection area through the above function is By only reading until the write permission is given to the corresponding page block, the distortion of the shared resources can be significantly reduced, thereby contributing to the stabilization of the system. One real-time operating system provides software memory protection.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

메모리 상에서 소프트웨어 페이징으로 관리해야 할 영역을 설정하고, 할당된 영역은 동일한 크기의 페이지(page)로 분할한 후, 분할된 페이지에 대한 포인터(pointer)로 맵 테이블(map_table)을 세팅(setting)하고, 각 페이지에 대한 메모리 맵 리스트 구조(memory_map_list structure)를 구성하고, 이 후 해당하는 모든 페이지에 대한 비트맵(bitmap)을 초기화하는 제1 과정과,Set the area to be managed by software paging on memory, divide the allocated area into pages of the same size, set the map_table with a pointer to the divided pages, and A first process of constructing a memory_map_list structure for each page, and then initializing bitmaps for all corresponding pages;

프리 리스트(free list)를 검색하여 요구하는 크기(size)에 적합한 프리(free) 블럭을 할당하고, 운영체제는 상기 할당된 메모리를 프리 리스트에서 얻어와 어드레스를 리턴하여 관리를 요하는 데이터에 대한 보호 메모리 영역을 할당하는 제2 과정과,The free list is searched and allocated a free block suitable for the required size, and the operating system obtains the allocated memory from the free list and returns an address to protect the data that needs to be managed. A second process of allocating a memory area;

상기 할당했던 보호 메모리 영역을 해제하고, 인접한 페이지에 대한 비트맵을 조사하여 합칠 수 있는 것은 합쳐서 더 큰 프리 블럭을 형성하여 리스트에 매다는 제3 과정과,A third step of releasing the allocated protected memory area and examining and combining bitmaps of adjacent pages to form a larger free block and tie it to a list;

라이트(write)를 하기 전에 desc가 p_init()에 생성된 메모리 영역에 포함되는지를 체크하고, 맵 테이블을 통해 현재 쓰고자하는 타스크(Task)가 등록되어 있는지를 체크하여 권한을 가지지 않은 타스크가 라이트를 하려고 하면 블럭과 같은 크기의 블럭을 프리 리스트에서 얻어와 라이트 하는 제4 과정과,Before writing, check whether desc is included in the memory area created by p_init (), and check whether the task to write currently is registered through the map table to write the unprivileged task. If you try to get a block of the same size as the block from the free list and the fourth step,

상기 해당하는 페이지에 대한 라이트 권한이 획득되면 맵 테이블에 리스트로등록하는 제5 과정으로 구성됨을 그 방법적 구성상의 특징으로 한다.The method may include a fifth process of registering a list as a list in a map table when a write right for the corresponding page is obtained.

도 1은 본 발명에 의한 실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법을 설명하기 위한 구조도를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram illustrating a software memory protection method in a real-time operating system according to the present invention.

이하, 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 「실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법」의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the "software protection method in a real-time operating system" of the present invention according to the above technical concept will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법을 설명하기 위한 구조도를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram illustrating a software memory protection method in a real-time operating system according to the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 메모리 상에서 소프트웨어 페이징으로 관리해야 할 영역을 설정하고, 할당된 영역은 동일한 크기의 페이지(page)로 분할한 후, 분할된 페이지에 대한 포인터(pointer)로 맵 테이블(map_table)을 세팅(setting)하고, 각 페이지에 대한 메모리 맵 리스트 구조(memory_map_list structure)를 구성하고, 이 후 해당하는 모든 페이지에 대한 비트맵(bitmap)을 초기화하는 제1 과정과;As shown in this figure, an area to be managed by software paging on memory is set, the allocated area is divided into pages of the same size, and then a map table (map_table) is used as a pointer to the divided pages. A first step of setting a, constructing a memory map list structure for each page, and then initializing bitmaps for all corresponding pages;

프리 리스트(free list)를 검색하여 요구하는 크기(size)에 적합한 프리(free) 블럭을 할당하고, 운영체제는 상기 할당된 메모리를 프리 리스트에서 얻어와 어드레스를 리턴하여 관리를 요하는 데이터에 대한 보호 메모리 영역을 할당하는 제2 과정과;The free list is searched and allocated a free block suitable for the required size, and the operating system obtains the allocated memory from the free list and returns an address to protect the data that needs to be managed. Allocating a memory area;

상기 할당했던 보호 메모리 영역을 해제하고, 인접한 페이지에 대한 비트맵을 조사하여 합칠 수 있는 것은 합쳐서 더 큰 프리 블럭을 형성하여 리스트에 매다는 제3 과정과;A third step of releasing the allocated protected memory area and examining and merging bitmaps of adjacent pages to form a larger free block and tie it to a list;

라이트(write)를 하기 전에 desc가 p_init()에 생성된 메모리 영역에 포함되는지를 체크하고, 맵 테이블을 통해 현재 쓰고자하는 타스크(Task)가 등록되어 있는지를 체크하여 권한을 가지지 않은 타스크가 라이트를 하려고 하면 블럭과 같은 크기의 블럭을 프리 리스트에서 얻어와 라이트 하는 제4 과정과;Before writing, check whether desc is included in the memory area created by p_init (), and check whether the task to write currently is registered through the map table to write the unprivileged task. A fourth step of obtaining a block having the same size as the block from the free list and writing the same;

상기 해당하는 페이지에 대한 라이트 권한이 획득되면 맵 테이블에 리스트로 등록하는 제5 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법.And a fifth process of registering as a list in a map table when a write right for the corresponding page is obtained.

상기한 구성을 좀 더 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Looking at the configuration in more detail as follows.

먼저 p_init(size)는,First p_init (size) is

메모리 상에서 소프트웨어 페이징으로 관리해야 할 영역을 설정한다. 할당된 영역은 동일한 크기의 페이지(page)로 분할된다. 분할된 페이지에 대한 포인터(pointer) 등으로 맵 테이블(map_table)을 세팅(setting)하고, 각 페이지에 대한 메모리 맵 리스트 구조(memory_map_list structure)를 구성한다.Set the area to be managed by software paging on memory. The allocated area is divided into pages of the same size. A map table (map_table) is set with a pointer to a divided page and the like, and a memory map list structure for each page is configured.

여기서, 상기 구조 안에는 각 페이지에 대한 시작 어드레스(start address)가 있다.In this structure, there is a start address for each page.

Struct page {Struct page {

Struct page list ;Struct page list;

Int index ; /* 각 page에 대한 index */Int index; / * Index for each page * /

......

int *pointer ; /*해당 page에 대한 address */int * pointer; / * Address for this page * /

} memory_map_list} memory_map_list

그런 다음, 해당하는 모든 페이지에 대한 비트맵(bitmap)을 초기화한다.Then we initialize the bitmaps for all of those pages.

다음으로, p_alloc(size)는,Next, p_alloc (size) is

관리를 요하는 데이터에 대한 보호 메모리 영역을 할당하는 것으로서, 먼저 프리 리스트(free list)를 검색하여 요구하는 사이즈(size)에 적합한 프리 블럭(Free Block)을 할당하고, 운영체제(OS)는 할당된 메모리를 프리 리스트에서 얻어와 어드레스를 리턴한다.By allocating a protected memory area for data that needs to be managed, first, a free list is searched to allocate a free block suitable for a required size, and an operating system (OS) is allocated. The memory is taken from the free list and the address is returned.

다음으로, p_free(page_num)는,Next, p_free (page_num) is

할당했던 보호 메모리 영역 해제하는 것으로서, 먼저 할당했던 영역을 해제하고, 이때 인접한 페이지에 대한 비트맵을 조사하여 합칠 수 있는 것은 합쳐서 더 큰 프리 블럭을 형성하여 리스트에 매단다.By releasing the allocated protected memory area, the area that was allocated first is released, and what can be combined by examining the bitmaps for adjacent pages is combined to form a larger free block and hang on the list.

예를 들면, 첨부한 도면 도 1에서 만약 page[1]이 프리가 되면 page[0]과 합쳐져 2페이지 짜리 블럭을 free_block[ ]에 매달 것이다. 이때 해당하는 비트맵도 세팅한다.For example, in the accompanying drawing, Figure 1, if page [1] is free, it will be combined with page [0] to suspend a two-page block on free_block []. At this time, set the corresponding bitmap.

다음으로, p_memcpy(src, desc, size)는,Next, p_memcpy (src, desc, size) is

메모리에 라이트(write)할 경우에 사용하는 것으로서, 라이트를 하기 전에 desc가 p_init()에 생성된 메모리 영역에 포함되는지를 체크한다. 맵 테이블을 통해 현재 쓰고자하는 타스크(Task)가 등록되어 있는지를 체크하고, 만약 권한을 가지지 않은 타스크가 라이트를 하려고 하면 블럭과 같은 크기의 블럭을 프리 리스트에서 얻어와 복사본에 라이트 한다.This is used when writing to memory. It checks whether desc is included in the memory area created by p_init () before writing. Check the map table to see if the task you are writing to is currently registered, and if an unprivileged task tries to write, it will get a block of the same size as the block from the free list and write it to the copy.

다음으로, p_task_demend(page pointer)는,Next, p_task_demend (page pointer) is

해당하는 페이지에 대한 라이트 권한을 얻어오는 것으로서, 권한을 얻어지면 상기 맵 테이블에 리스트로 등록된다.Obtaining a write permission for the corresponding page, when the permission is obtained, is registered as a list in the map table.

상술한 바와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법에 대한 구체적인 실시 예에 대하여 설명하도록 하지만, 본 발명은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술되는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, specific embodiments of a software memory protection method in a real-time operating system will be described. However, the present invention may be modified in various ways without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the claims below but also by the equivalents of the claims.

이상에서 상술한 본 발명 "실시간 운영체제에서 소프트웨어적인 메모리 보호 방법"에 따르면,According to the present invention "software protection method in the real-time operating system" described above,

페이징(paging) 기법을 응용한 메모리에 대한 보호 기능을 소프트웨어적인 기능으로 추가함으로써 중요한 데이터에 대한 보호를 받을 수 있도록 하고, 또한 상기한 기능을 통해 메모리 보호 영역에 등록된 데이터들은 그 해당 페이지 블록(Page Block)에 대한 라이트(write) 권한을 부여받기 전까지는 리드(read)만 가능하도록 함으로써, 공유자원에 대한 왜곡 현상을 현저히 줄일 수 있으며, 이를 통해 시스템의 안정화에 기여할 수 있는 이점을 가진다.By adding a protection function to the memory using the paging technique as a software function, it is possible to protect the important data. Also, the data registered in the memory protection area is stored in the corresponding page block ( By enabling read only until write permission is given to the page block, the distortion of the shared resource can be significantly reduced, thereby contributing to the stabilization of the system.

또한, 상기한 기능을 통해 시스템 개발실 어플리케이션(Application) 개발,디바이스 드라이버(Device Driver) 개발과 운영 체제(OS) 상에서 중요한 데이터에 대하여 적용 가능하며, 소프트웨어적인 페이징 기법을 도입하여 중요한 데이터에 대해서만큼은 운영체제(OS)가 보호를 보장해 줄 수 있는 이점을 가진다.In addition, the above functions can be applied to important data in the system development room application development, device driver development, and operating system (OS), and software operating paging techniques are introduced to the operating system for important data. (OS) has the advantage of ensuring protection.

Claims (1)

실시간 운영체제(RTOS, Real Time Operating System)에 있어서,In Real Time Operating System (RTOS), 메모리 상에서 소프트웨어 페이징으로 관리해야 할 영역을 설정하고, 할당된 영역은 동일한 크기의 페이지로 분할한 후, 분할된 페이지에 대한 포인터로 맵 테이블(map_table)을 세팅하고, 각 페이지에 대한 메모리 맵 리스트 구조를 구성하고, 이 후 해당하는 모든 페이지에 대한 비트맵을 초기화하는 제1 과정과;Set the area to be managed by software paging in memory, divide the allocated area into pages of the same size, set the map table (map_table) with pointers to the divided pages, and memory map list structure for each page. A first process of initializing a bitmap for all corresponding pages; 프리 리스트(free list)를 검색하여 요구하는 크기(size)에 적합한 프리(free) 블럭을 할당하고, 운영체제는 상기 할당된 메모리를 프리 리스트에서 얻어와 어드레스를 리턴하여 관리를 요하는 데이터에 대한 보호 메모리 영역을 할당하는 제2 과정과;The free list is searched and allocated a free block suitable for the required size, and the operating system obtains the allocated memory from the free list and returns an address to protect the data that needs to be managed. Allocating a memory area; 상기 할당했던 보호 메모리 영역을 해제하고, 인접한 페이지에 대한 비트맵을 조사하여 합칠 수 있는 것은 합쳐서 더 큰 프리 블럭을 형성하여 리스트에 매다는 제3 과정과;A third step of releasing the allocated protected memory area and examining and merging bitmaps of adjacent pages to form a larger free block and tie it to a list; 라이트(write)를 하기 전에 desc가 p_init()에 생성된 메모리 영역에 포함되는지를 체크하고, 맵 테이블을 통해 현재 쓰고자하는 타스크(Task)가 등록되어 있는지를 체크하여 권한을 가지지 않은 타스크가 라이트를 하려고 하면 블럭과 같은 크기의 블럭을 프리 리스트에서 얻어와 라이트 하는 제4 과정과;Before writing, check whether desc is included in the memory area created by p_init (), and check whether the task to write currently is registered through the map table to write the unprivileged task. A fourth step of obtaining a block having the same size as the block from the free list and writing the same; 상기 해당하는 페이지에 대한 라이트 권한이 획득되면 맵 테이블에 리스트로 등록하는 제5 과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 실시간 운영체제에서소프트웨어적인 메모리 보호 방법.And a fifth process of registering as a list in a map table when a write right for the corresponding page is obtained.
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