[發(fā)明專利]一種內(nèi)存保護(hù)方法、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)接口控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310467169.3
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103488588A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉小麗;曹政;安學(xué)軍;張佩珩;孫凝暉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F12/14
• 分類號: G06F12/14
• 代理公司: 北京泛華偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高性能用戶級通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)存保護(hù)方法、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)接口控制器。

背景技術(shù)

在多計算機(jī)節(jié)點系統(tǒng)中，節(jié)點間通過間接網(wǎng)絡(luò)或者直接網(wǎng)絡(luò)互連。由于計算機(jī)節(jié)點之間經(jīng)常需要進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換，且消息傳遞的性能會影響通信的性能，因而靈活高效地將消息數(shù)據(jù)從一個節(jié)點的內(nèi)存復(fù)制到另一個節(jié)點的內(nèi)存中，能夠為多計算機(jī)節(jié)點系統(tǒng)提供的強(qiáng)大的通信能力。由處理器直接處理內(nèi)存數(shù)據(jù)的存取會帶來巨大的處理器開銷，而直接內(nèi)存存取（DMA）技術(shù)能夠避免處理器將處理能力浪費(fèi)在簡單重復(fù)的內(nèi)存讀寫操作中，因此多計算機(jī)節(jié)點系統(tǒng)中各節(jié)點間通信時通常采用DMA技術(shù)（如遠(yuǎn)程直接內(nèi)存存取RDMA）。

在計算機(jī)操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理技術(shù)中，程序通常直接使用虛擬地址（也叫線性地址）對內(nèi)存進(jìn)行讀寫操作，這些虛擬地址在運(yùn)行時被轉(zhuǎn)換成物理地址。由虛擬地址構(gòu)成的虛擬內(nèi)存空間通常劃分為頁，一個典型的頁面大小是4KB，也有4MB甚至1GB的大頁面。計算機(jī)中的內(nèi)存管理單元（MMU）使用頁表（page?table）記錄應(yīng)用程序的虛擬地址到物理地址的映射，并在程序運(yùn)行時進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

傳統(tǒng)的DMA方式首先要將DMA操作的虛擬地址通過MMU轉(zhuǎn)成物理地址，然后應(yīng)用程序再向I/O設(shè)備發(fā)起DMA請求，告知要通過I/O設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)的物理地址或者I/O設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)可存儲的物理地址。然而，這樣做可能存在應(yīng)用程序誤操作或者惡意操作，例如發(fā)起一個對不允許訪問的內(nèi)存地址的訪問，從而引起不良后果；同時，虛擬地址轉(zhuǎn)換成物理地址是一個處理器參與的過程，增加了I/O操作的延遲，影響了I/O性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種內(nèi)存保護(hù)方法、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口控制器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種內(nèi)存保護(hù)方法，所述方法包括：

步驟1）、由可信實體在應(yīng)用程序發(fā)送的訪存指令中插入KEY，所述KEY與分配給該應(yīng)用程序的虛擬內(nèi)存空間相對應(yīng)；

步驟2）、由網(wǎng)絡(luò)接口控制器參照內(nèi)存保護(hù)表判斷所述訪存指令是否具有訪存權(quán)限，以決定是否允許訪存指令的執(zhí)行；所述內(nèi)存保護(hù)表中的每個表項描述應(yīng)用程序的KEY與分配給該應(yīng)用程序的虛擬內(nèi)存空間的映射。

在一個實施例中，步驟1）之前還包括：

步驟0）、在檢測到應(yīng)用程序申請注冊虛擬內(nèi)存空間時，由系統(tǒng)為該應(yīng)用程序注冊虛擬內(nèi)存空間，由可信實體為該應(yīng)用程序分配與該虛擬內(nèi)存空間相對應(yīng)的KEY，并且將分配給該應(yīng)用程序的虛擬內(nèi)存空間信息寫入內(nèi)存保護(hù)表和虛實地址映射表中；其中所述虛實地址映射表描述虛擬頁面到物理頁框的頁面映射。

在進(jìn)一步的實施例中，步驟0）之前還包括：構(gòu)建內(nèi)存保護(hù)表和虛實地址映射表。

在進(jìn)一步的實施例中，步驟0）包括：

步驟i）、應(yīng)用程序申請注冊虛擬內(nèi)存空間，向系統(tǒng)輸入描述該虛擬內(nèi)存空間相關(guān)屬性的參數(shù)，包括但不限于其起始虛擬地址、大小和訪問權(quán)限；

步驟ii）、檢測到所述應(yīng)用程序申請注冊虛擬內(nèi)存空間，由系統(tǒng)為該應(yīng)用程序注冊虛擬內(nèi)存空間，由可信實體為該應(yīng)用程序分配與該虛擬內(nèi)存空間相對應(yīng)的KEY；

步驟iii）、將該虛擬內(nèi)存空間所占頁面和物理頁框的映射寫入所述虛實地址映射表，將記錄該虛擬內(nèi)存空間的虛實地址映射的第一個表項的物理地址作為該虛擬內(nèi)存空間對應(yīng)虛實地址映射的起始物理地址，連同該虛擬內(nèi)存空間的起始地址、大小和訪問權(quán)限寫入所述內(nèi)存保護(hù)表中與分配的KEY值相對應(yīng)的表項里。

在一個實施例中，步驟2）之前還包括：將最近查詢過的內(nèi)存保護(hù)表表項及虛實地址映射表表項分別存儲到所述網(wǎng)絡(luò)接口控制器中的內(nèi)存保護(hù)表cache和虛實地址映射表cache。

在進(jìn)一步的實施例中，步驟2）包括：

步驟21）、根據(jù)訪存指令中的KEY查詢所述內(nèi)存保護(hù)表cache，如果所述內(nèi)存保護(hù)表cache不存在有效的匹配表項，則執(zhí)行步驟22），否則執(zhí)行步驟23）；

步驟22）、根據(jù)所述內(nèi)存保護(hù)表起始物理地址和訪存指令中KEY指示的偏移地址查詢所述內(nèi)存保護(hù)表中對應(yīng)的表項，如果該表項的狀態(tài)標(biāo)志位指示有效，則將查詢得到的表項寫入所述內(nèi)存保護(hù)表cache并且執(zhí)行步驟23），否則結(jié)束并返回一個非法訪問的指示；

步驟23）、如果訪存指令要訪問的虛擬內(nèi)存空間在查詢得到的表項的虛擬內(nèi)存空間范圍之內(nèi)，并且訪問類型與查詢得到的虛擬內(nèi)存空間的訪問權(quán)限匹配，則進(jìn)行虛實地址轉(zhuǎn)換；否則結(jié)束并返回一個非法訪問的指示。

在一個實施例中，在步驟23）中，進(jìn)行虛實地址轉(zhuǎn)換包括：