Gestió de Processos i Seguretat en Sistemes Operatius

Seguretat i Protecció en Sistemes Operatius

Objectius de la Seguretat

• Evitar la pèrdua de béns (dades o equipament).
• Controlar-ne l'ús (privacitat de les dades i utilització dels equips).

Mecanismes i Polítiques de Protecció

Per garantir la identitat dels usuaris s'utilitza l'autenticació. Per definir què pot fer cada usuari, s'estableixen els privilegis.

Autenticació

Pretén determinar que un usuari és qui diu ser. El mètode més utilitzat és el de la contrasenya (password).

Privilegis

Especifiquen quines operacions pot realitzar cada usuari sobre cada recurs. Habitualment es defineixen per grups d'usuaris amb iguals privilegis.

Informació per Recurs

Llista de control d'accés a cada recurs.

Informació per Usuari

Llista de capacitats de cada usuari.

Gestió de Processos: Execució i Cicle de Vida

Execució Seqüencial i Concurrent

L'execució d'un procés és seqüencial perquè les instruccions del programa que el formen s'executen una darrere l'altra.

L'execució de diferents processos pot ser concurrent si tots ells s'executen simultàniament:

• Concurrència real: Cada procés s'executa sobre un processador diferent.
• Concurrència virtual: Un processador reparteix el temps d'execució entre diversos processos d'acord amb algun algorisme de planificació establert.

Creació d'un Procés

Afegir un nou procés al sistema. Operacions necessàries:

• Construir les estructures de dades per a la seva gestió.
• Determinar l'espai d'adreces que utilitzarà.

Quan es crea un procés?

• S'activa un treball per lots.
• Es connecta un usuari (log-on o inici de sessió).
• Cal per a oferir algun servei (ex. impressió).
• Un procés d'usuari requereix la creació de processos fills.

Finalització d'un Procés

Eliminar un procés del sistema. Fases:

1. El procés acaba (o és forçat a acabar). Deixa de poder ser elegit per a l'execució.
2. S'esborren les estructures de dades definitivament.

Motius de Finalització

• El programa acaba.
• Temps d'execució excessiu.
• Memòria no disponible.
• Violació de límits de memòria.
• Error de protecció.
• Error aritmètic.
• Temps d'espera excessiu.
• Falla d'E/S.
• Instrucció no vàlida.
• Instrucció privilegiada.
• Procés pare acabat.
• Petició del procés pare.

Estats i Transicions dels Processos

Estats d'un Procés

• Execució: El procés té un processador assignat i, efectivament, executa instruccions. Només un procés per processador presenta aquest estat.
• Preparat: No té processador assignat i es troba en espera. Més d'un procés pot presentar aquesta situació.
• Bloquejat: El procés no pot executar-se, està en espera d'algun tipus d'esdeveniment, com per exemple, finalitzar una operació d'E/S o comunicar amb un altre procés.
• Nou: Procés creat però encara no admès.
• Acabat: Procés eliminat de la llista d'executables.

Transicions entre Estats

• Nul -> Nou: Es crea un nou procés per a executar un programa.
• Nou -> Preparat: El sistema accepta nous processos.
• Preparat -> Execució: El procés és seleccionat i assignat a un processador.
• Execució -> Acabat: El procés és eliminat del sistema, bé perquè ha acabat o per haver avortat la seva execució.
• Execució -> Preparat: S'ha exhaurit el temps d'execució continuada, entra un procés de major prioritat o cedeix voluntàriament el control del processador.
• Execució -> Bloquejat: Cal algun esdeveniment per poder continuar amb l'execució (crida a sistema, E/S, etc.).
• Bloquejat -> Preparat: L'esdeveniment pel qual esperava s'ha produït.
• Preparat -> Acabat: Algun procés diferent força l'acabament, per exemple, el procés pare decideix la finalització del fill, o la finalització del pare força la finalització de tots els fills.
• Bloquejat -> Acabat: Igual que a la transició anterior.

Estructura i Modes d'Execució dels Processos

Imatge de Procés

La imatge d'un procés es guarda en memòria secundària, mentre que una petita part roman en memòria principal per a tasques d'administració. Per a executar el procés, tota la imatge es carrega en memòria principal.

Components de la imatge de procés:

• Dades d'usuari: Part modificable: dades del programa d'usuari, pila d'usuari, etc.
• Programa d'usuari: El programa a executar.
• Pila del sistema: Cada procés pot guardar diferents piles per a guardar paràmetres i adreces de retorn.
• Bloc de control de procés (PCB): Informació de control necessària per al sistema operatiu.

Bloc de Control d'un Procés (PCB)

És l'estructura de dades on es guarda tota la informació d'un procés, dividida en tres grups:

• Identificació del procés: PID, PPID, UID.
• Informació d'estat del processador:
  • Registres d'usuari.
  • Registres de control i estat: PC, PSW, SP.
• Informació de control del procés:
  • Informació d'estat: estat del procés, prioritat, esdeveniment d'espera, informació per al planificador.
  • Gestió de memòria.
  • Propietat i utilització de recursos.

El conjunt de blocs de control de processos defineix l'estat del sistema operatiu.

Modes d'Execució

Per protegir el sistema operatiu d'ingerències per part dels programes d'usuari, s'utilitzen dos modes de funcionament (la majoria de processadors ho permeten):

• Mode d'usuari: Mode menys privilegiat, la majoria de programes d'usuari s'executen en aquest mode.
• Mode de sistema, de control o de nucli: Mode privilegiat, és el que permet modificar les taules del sistema.

Canvis de Mode

Normalment, el registre PSW conté un bit per a indicar el mode d'operació. Una crida a sistema fixa el bit i es passa del mode d'usuari al mode de nucli.