IBM/370的内存保护方案该如何理解？

Question

当我在阅读《操作系统概念》（第七版）时，遇到了一个问题，让我感到困惑：

在IBM/370中，通过使用键来提供内存保护。一个键是一个4位的数量。每个2K的内存块都有一个与之关联的键（存储键）。CPU也有一个与之关联的键（保护键）。只有当两个键相等或其中任何一个为零时，才允许存储操作。以下哪种内存管理方案可以成功地与此硬件一起使用？

a. 裸机

b. 单用户系统

c. 具有固定进程数的多程序系统

d. 具有可变进程数的多程序系统

e. 分页

f. 分段

我对此有些疑问：这些键是如何计算的？为什么除了第一种方式看起来已经很安全之外，还提供了“任一为零”的另一种方式？（我的意思是，“任一为零”用于什么情况下，何时“任一为零”比匹配两个键以查看它们是否相同更有效。）

- BecomeBetter

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内核计算了这些密钥。 - Basile Starynkevitch

@BasileStarynkevitch 我还有一些其他的问题：如果两个块具有相同的键，该怎么办？在使用这样的硬件时，我们应该注意什么？ - BecomeBetter

基本上，该系统仅限于15个同时运行的“用户”进程，尽管内核当然可以“交换”键（以适度的代价）以启用更多进程的时间分片（我想该系统可能已经为“隐藏”页面保留了一个键值，使其对所有进程不可见）。分页或分段与存储键方案基本上无关。 - Hot Licks

允许具有零键的进程可以访问任何地方，这会使内核/操作系统可以访问所有RAM。允许从任何进程访问具有零键的页面可以启用“共享”内存，尽管我不知道在没有单独的写保护标志（可能存在或不存在）的情况下，这有多实用，并且这个“特性”可能只是零进程键方案的一个副产品。 - Hot Licks

Answer 1

_{免责声明：这不是一个有根据的答案，只是个人观点}

"either is zero" 似乎可以启用以下场景：

1. CPU 当前持有零保护密钥，因此在上帝/根/内核模式下无限制运行
2. 由零密钥保护的内存块意味着任何人都可以访问它，而不需要任何官僚手续，它被“公共领域许可证”覆盖

关于操作系统如何计算这些密钥的答案需要进行一些考古工作。起点：

IBM系统参考库，IBM System/360操作原理

第17页

系统结构 → 保护特性

...当存储保护特性被安装时，尝试修改存储器的行为将被监控... 提供了两个指令-SET STORAGE KEY和INSERT STORAGE KEY，用于分配和检查密钥中的代码。同一代码可以在许多密钥中使用。

用户对存储器的访问权由四位保护密钥标识。对于CPU引起的引用，使用当前PSW中的保护密钥；通过通道访问由分配给相关I/O操作的保护密钥控制...

另请参阅：

• 维基百科：IBM System/360
• 维基百科：IBM System/370

- xmojmr