Dynamisches Binden in Multics

Transkript

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2 Dynamisches Binden in Multics AKSS Seminarvortrag Daniel Götz Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für Informatik 4 Verteilte Systeme und Betriebssysteme

3 Motivation Welche Vorteile bietet dynamisches Binden gegenüber statischem Binden? Programmcode wird nicht kopiert Programm muss nicht neu kompiliert werden, um andere Versionen zu benutzen Seit 2010 allein wissenschaftliche Papiere zum Thema dynamisches Binden auf ACM Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Motivation 3

4 Motivation Warum sollte man sich mit dynamischem Binden in Multics beschäftigen? Multics als ezientes Mehrbenutzerbetriebssystem wegweisender Konzepte Dynamisches Binden als innovative Kernkomponente Bis heute relevantes Konzept? The establishing of links at reference time on an as-needed basis is a fundamental service of Multics Organick, The Multics System: An Examination of Its Structure, S.55 Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Motivation 4

5 Motivation In heutigen Betriebssystemen intensiv genutzt Windows: DLLs Unix/Mac OS X: Shared Libraries Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Motivation 5

6 Gliederung Motivation Konzept Vor- und Nachteile Fazit Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Motivation Gliederung 6

7 Gliederung Motivation Konzept Vor- und Nachteile Fazit Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept 7

8 Konzept Dynamisches Binden enthält keinen kopierten Code, sondern Zeiger Aufgabe des dynamischen Binders ist die Auösung zur Laufzeit call 0x8000 call ptr foo ptr foo: 0xabc foo:... 0x8000 foo:... 0xabc Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept 8

9 Konzept Dynamisches Binden als Hinzufügen von Daten und Algorithmen zur Laufzeit Was wird gebunden? Wann wird gebunden? Wie funktioniert das Binden? Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept 9

10 Konzept Was wird gebunden? Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Was wird gebunden? 10

11 Multics Adressraum Seitennummerierte Segmentierung Prozess besteht aus beliebiger Anzahl von Segmenten Adressierung von Daten- oder Prozedursegmenten über generalisierte Adresse (Segmentnummer Wortnummer) Multics bindet auf Segmentebene Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Was wird gebunden? 11

12 Deskriptorsegment übersetzt,vgl. GE-Manual S.22 Datenstruktur für Segmentinformation: Deskriptorsegment Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Was wird gebunden? 12

13 Deskriptorsegment Deskriptorsegment enthält Deskriptor für alle bekannten Segmente eines Prozesses Zentrale Datenstruktur des Prozesses zur Umsetzung der generalisierten Adressen Kritisch für das Binden: Zur Laufzeit erweiterbar Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Was wird gebunden? 13

14 Konzept Wann wird gebunden? Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wann wird gebunden? 14

15 Konzept 1. Befehle können Referenzen auf segmentfremde Operanden enthalten LOAD <Foo> [x] LOAD Link#4,bs 2. Generierung von Verknüpfungen für dynamische Referenzen LOAD Link#4,bs Link#4:Ref(Foo x) 3. Bindevorgang bei Benutzung einer unetablierten Verknüpfung Link#4:Ref(Foo x)? Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wann wird gebunden? 15

16 Befehlsformat 1. Befehle können Referenzen auf segmentfremde Operanden enthalten LOAD <Foo> [x] LOAD Link#4,bs BR: Auswahl eines Adressbasisregisters (ABR) B: Setzen des B-Flags, um Nutzung des ABRs zu signalisieren TM/TD: Setzen des korrekten Modus für den indirekten Zugri Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wann wird gebunden? 16

17 Adressbasisregister 4 Adressbasisregisterpaare Inhalt wird als generalisierte Adresse interpretiert Enthalten u.a. Ort der Verknüpfungen bzw. des Bindungssegments paired address base register SP LP BP AP segment number word number segment number word number segment number word number segment number word number Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wann wird gebunden? 17

18 Bindungssegment 2. Generierung von Verknüpfungen für dynamische Referenzen Bindungssegment enthält Verknüpfungen für alle Referenzen Maschinenbefehl referenziert nur die Verknüpfung Verknüpfung umgesetzt durch ITS-Zeiger Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wann wird gebunden? 18

19 Indirekte Zeiger Bestehen aus jeweils 2 36-Bit Worten Verknüpfung zu Segment inklusive Versatz ITS-Zeiger (Indirect to Segment) Verweist fest auf verknüpftes Segment Adressierung über generalisierte Adresse ITB-Zeiger (Indirect to Base) Verweist über Adressbasisregister auf beliebiges Segment Adressierung über Wortnummer und Auswahl eines Adressbasisregisters Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wann wird gebunden? 19

20 ITS-Zeiger 3. Bindevorgang bei Benutzung einer unetablierten Verknüpfung Vor der Etablierung Kennzeichnung des Segments durch symbolischen Namen Enthält nach Etablierung Segment- und Wortnummer generalisierte Adresse Etablierungsstatus im Etikett des 0-Wortes FT2: Aktivierung des Binders ITS: Zugri über etablierte Verknüpfung Wort 0 18 Bit 9 Bit 3 Bit 6 Bit SEGMENT# UNBENUTZT UUU ETIKETT 18 Bit 9 Bit 3 Bit 6 Bit Wort 1 ADRESSE UNBENUTZT UUU ETIKETT Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wann wird gebunden? 20

21 Konzept Wie funktioniert das Binden? Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 21

22 Konzept 1. Maschinenbefehl referenziert ITS-Zeiger 2. Verknüpfung im Bindungssegment ist unetabliert und löst einen Bindefehler aus 3. Segment wird im Speicher des aufrufenden Prozesses eingeblendet 4. Verknüpfung wird etabliert Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 22

23 1. Maschinenbefehl 1. Maschinenbefehl referenziert ITS-Zeiger Adressbasisregisteragge und BR-Feld gesetzt Adressbasisregister speziziert ITS-Zeiger Etikett wählt indiziert-indirekten Zugri Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 23

24 ABR-Adressierung Quelle: W. Schröder-Preikschat, Betriebssystemtechnik descriptor segment information segment DBR generalized address segment number word number paired address base register + SP 6 LP 4 BP 2 AP 0 segment number word number segment number word number segment number word number segment number word number offset ABR address opcode tag field instruction word index register Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 24

25 2. Unetablierte Verknüpfung 2. Verknüpfung im Bindungssegment ist unetabliert und löst einen Bindefehler aus Symbolischer Name im Dateisystem statt generalisierter Adresse Magic Bytes FT2 im Etikett lösen Bindefehler aus Finden des Segmentes über Suchregeln 18 Bit 9 Bit 3 Bit 6 Bit Wort 0 SEGMENTNAME UNBENUTZT UUU FT2 18 Bit 9 Bit 3 Bit 6 Bit Wort 1 EINTRITTSPUNKT UNBENUTZT UUU TAG Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 25

26 3. Einblendung 3. Segment wird im Speicher des aufrufenden Prozesses eingeblendet Betriebssystem lädt Segment in Hauptspeicher, falls nötig Deskriptorsegmenteintrag unter nächster freier Nummer Nummer unterschiedlich je nach Zeitpunkt der Etablierung Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 26

27 4. Etablierung 4. Verknüpfung wird etabliert Generalisierte Adresse ersetzt symbolischen Namen FT2-Etikett auswechseln durch ITS Erneute Durchführung des Befehls 18 Bit 9 Bit 3 Bit 6 Bit Wort 0 SEGMENT# UNBENUTZT UUU ITS 18 Bit 9 Bit 3 Bit 6 Bit Wort 1 ADRESSE UNBENUTZT UUU ETIKETT Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 27

28 Grasche Darstellung des Bindevorgangs vgl. GE-Manual S Maschinenbefehl referenziert ITS-Zeiger Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 28

29 Grasche Darstellung des Bindevorgangs vgl. GE-Manual S Verknüpfung im Bindungssegment ist unetabliert und löst einen Bindefehler aus Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 29

30 Grasche Darstellung des Bindevorgangs vgl. GE-Manual S Segment wird im Speicher des aufrufenden Prozesses eingeblendet Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 30

31 Grasche Darstellung des Bindevorgangs vgl. GE-Manual S Verknüpfung wird etabliert Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 31

32 Prozedurbindung Prinzipiell analog zur Datensegmentbindung Prozeduren können wiederum Referenzen enthalten Beim Binden eines Prozedursegments wird ein Prototyp der Bindungssektion kopiert Für den nutzenden Prozess werden die Verknüpfungen dann jeweils etabliert Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Konzept Wie funktioniert das Binden? 32

33 Gliederung Motivation Konzept Vor- und Nachteile Fazit Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Vor- und Nachteile 33

34 Vorteile für Multics + Sparen von Speicher + Automatisiertes, einfaches Binden über symbolischen Namen + Mehrfache Indirektionen möglich für Prozeduren + Leichtes Austauschen/Auswählen von Bibliotheken möglich Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Vor- und Nachteile 34

35 Nachteile für Multics - Eventuelle Sicherheitslücken im Binder - Namenskonikte relativ wahrscheinlich bei generischen Namen (z.b. error für Prozedur) - Keine Bindungssektion für Datensegmente - Etablieren von Verknüpfungen teuer - Eventuell viele Bindungssektionen pro Prozess Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Vor- und Nachteile 35

36 Gliederung Motivation Konzept Vor- und Nachteile Fazit Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Fazit 36

37 Fazit Dynamisches Binden ist Schlüsselkonzept für Programmierung für Multics Sinnvolle Automatismen und Freiheiten für Entwickler Nachteile zu dieser Zeit vertretbar Konzept bis heute sehr relevant Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Fazit 37

38 Diskussion Diskussion Daniel Götz AKSS Seminarvortrag Fazit Diskussion 38