...В реальном времени (Тема - Управление памятью Windows)

Министерство высшего специального образования.

Московский Институт радиотехники,

электроники и автоматики ТУ.

Кафедра МОВС.

Курсовая работа.

СПО

Тема: Управление памятью Windows.

В реальном времени для Windows NT.

Факультет ВАВТ

Группа ВТ-2-99

Ст.б. № С-991123

Выполнил Смирнов Г.О.

Москва 2003 год.

Оглавление.

Введение …………………..3

Управление памятью Windows NT .…………………..4

RTX – расширение реального времени для Windows NT …………………..7

Возможность использования Windows NT в качестве

ОС реального времени …………………..7

RTX - real-time расширение для Windows NT …………………..8

Управление памятью …………………..9

Выделение системной памяти ………………….9

Блокировка системной памяти ………………….10

Заключение ………………….12

Литература …………………..13

Введение.

На данный момент мировая компьютерная индустрия развивается очень стремительно. Производительность систем возрастает, а, следовательно, возрастают возможности обработки больших объёмов данных, поэтому в последнее время происходит переход на более мощные и наиболее совершенные операционные системы класса UNIX, примером которых и является Windows NT, выпущенная корпорацией Microsoft.

Windows NT является 32-ух разрядной операционной системой с приоритетной многозадачностью. В качестве фундаментальных компонентов в состав операционной системы входят средства обеспечения безопасности и развитый сетевой сервис. Windows NT также обеспечивает совместимость со многими другими операционными и файловыми системами, а также с сетями.

Windows NT способна функционировать как на компьютерах, оснащенных CISC - процессорами со сложной системой команд ( complex instruction set computing ), так и на компьютерах с RISC - процессорами, имеющими сокращённый набор инструкций ( reduced instruction set computing). Операционная система Windows NT также поддерживает высокопроизводительные системы с мультипроцессорной конфигурацией.

Знакомым в Windows NT является только внешний облик. За графическим пользовательским интерфейсом скрываются мощные возможности. Система Windows NT не является дальнейшим развитием ранее существовавших продуктов. Её архитектура создавалась с нуля с учётом предъявляемых к современной операционной системе требований. Особенности новой системы, разработанной на основе этих требований, перечислены ниже.

Стремясь обеспечить совместимость (compatible) новой операционной системы, разработчики Windows NT сохранили привычный интерфейс Windows и реализовали поддержку существующих файловых систем (таких, как FAT ) и различных приложений. Разработчики также включили в состав Windows NT средства работы с различными сетевыми средствами.

Достигнута переносимость (portability) системы, которая может теперь работать как на CISC, так и на RISC - процессорах. К CISC относятся Intel совместимые процессоры 80386 и выше; RISC представлены системами с процессорами MIPS R4000, Digital Alpha AXP и Pentium серии P54 и выше.

Масштабируемость (scalability) означает, что Windows NT не привязана к однопроцессорной архитектуре компьютеров, а способна полностью использовать возможности, предоставляемые симметричными мультипроцессорными системами. В настоящее время Windows NT может функционировать на компьютерах с числом процессоров от 1 до 32. Кроме того, в случае усложнения стоящих перед пользователями задач и расширения предъявляемых к компьютерной среде требований, Windows NT позволяет легко добавлять более мощные и производительные серверы и рабочии станции к корпоративной сети. Дополнительные преимущества даёт использование единой среды разработки и для серверов, и для рабочих станций.

Windows NT имеет однородную систему безопасности (security), удовлетворяющую спецификациям правительства США и соответствующую стандарту безопасности В2. В корпоративной среде критическим приложениям обеспечивается полностью изолированное окружение.

Распределённая обработка ( distributed processing ) означает, что Windows NT имеет встроенные в систему сетевые возможности. Windows NT также позволяет обеспечить связь с различными типами хост - компьютеров благодаря поддержке разнообразных транспортных протоколов и использованию средств “клиент-сервер” высокого уровня, включая именованные каналы, вызовы удалённых процедур (RPC - remote procedure call ) и Windows - сокеты.

Надёжность и отказоустойчивость (reliability and robustness) обеспечивают архитектурными особенностями, которые защищают прикладные программы от повреждения друг другом и операционной системой. Windows NT использует отказоустойчивую структурированную обработку особых ситуаций на всех архитектурных уровнях, которая включает восстанавливаемую файловую систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной системы безопасности и усовершенствованных методов управления памятью.

Возможности локализации ( allocation) представляют средства для работы во многих странах мира на национальных языках, что достигается применением стандарта ISO Unicod ( разработан международной организацией по стандартизации ).

Благодаря модульному построению системы обеспечивается расширяемость (insibility) Windows NT, что, как будет показано в следующем разделе, позволяет гибко осуществлять добавление новых модулей на различные уровни операционной системы.

Управление памятью Windows NT.

Windows NT поддерживает сегментностраничную модель виртуальной памяти и использует для этих целей аппаратную поддержку таких процессоров как Intel 80386 и выше, MIPS R4000, DEC Alpha и Power PC. Для этого в NT executive имеется специальный компонент - менеджер виртуальной памяти.

Менеджер ВП обеспечивает для процессов следующие наборы функций:

• управление виртуальным адресным пространством процесса;

• разделение памяти между процессами;

• защита виртуальной памяти одного процесса от других процессов.

Средства защиты памяти в Windows NT существуют в четырех формах.

• Отдельное адресное пространство для каждого процесса. Аппаратура запрещает нити доступ к физическим адресам другого процесса.

• Два режима работы: режим ядра, в котором нитям разрешен доступ к системным данным, и пользовательский режим, в котором это запрещено.

• Страничный механизм защиты. Каждая виртуальная страница имеет набор признаков, который определяет разрешенные типы доступа в пользовательском режиме и в режиме ядра.

• Объектно-ориентированная защита памяти. Каждый раз, когда процесс открывает указатель на секцию, монитор ссылок безопасности проверяет, разрешен ли доступ процесса к данному объекту.

Каждый раз, когда нить использует адрес, менеджер ВП вместе с аппаратными средствами транслирует виртуальный адрес в физический. Подсистема виртуальной памяти, управляя процессом трансляции виртуальных адресов, гарантирует, что нить одного процесса не сможет получить доступ к физической странице памяти, относящейся к другому процессу.

В дополнение к прямой защите, обеспечиваемой механизмом трансляции, каждый процессор, который поддерживает виртуальную память, реализует некоторую форму аппаратно-управляемой защиты памяти. Часто аппаратная защита бывает минимальной. Из-за этого менеджер виртуальной памяти Windows NT в гораздо большей степени зависит от аппаратуры, чем другие части операционной системы.

Каждый процесс NT executive имеет большое виртуальное адресное пространство размером в 4Гб, из которых 2 Гб резервируются для системных нужд. (Процессор MIPS R4000 требует, чтобы 2 Гб адресного пространства были зарезервированы для системы. Хотя другие процессоры требуют меньше, для переносимости системы Windows NT всегда резервирует 2 Гб.) Младшие адреса виртуального адресного пространства доступны для нитей, работающих и в пользовательском, и в привилегированном режимах, они указывают на области памяти, уникальные для каждого процесса. Старшая часть адресов доступна для нитей только тогда, когда они выполняются в привилегированном режиме. Виртуальное адресное пространство процесса :

В нижней (младшей) части системной области памяти располагаются код и данные ядра, они никогда не вытесняются из памяти. Поскольку адреса из этого диапазона транслируются аппаратурой и всегда бывают действительными, доступ к этой области памяти осуществляется очень быстро. Она используется для тех частей ядра, от которых требуется максимальная производительность, например, для кода, который распределяет нити.

Верхняя часть системной памяти управляется менеджером виртуальной памяти и используется для хранения остальных системных данных и кода. Часть этой области резервируется для кода и данных, которые могут быть вытеснены на диск с помощью страничного механизма, а другая часть никогда не вытесняется из памяти (в ней, например, размещается код, который осуществляет страничный обмен).

В составе менеджера виртуальной памяти имеется такой компонент, как пейджер (pager). Этот код перемещает страницы между диском и памятью, представляя собой промежуточное звено между аппаратными механизмами и программно-реализуемыми стратегиями. В его функции входит:

• загрузка страницы в память при возникновении страничного прерывания,

• проверка прав доступа к отсутствующим страницам и дополнение аппаратных средств защиты страниц, загруженных в память,

• обновление структур данных подсистемы управления памятью.

Процесс принятия решения о замене страниц системой виртуальной памяти обычно включает три фазы: извлечение, размещение, замена.

Этап извлечения связан с выбором условия, при выполнении которого страница перемещается с диска в память. Существует два типа стратегий извлечения: с упреждением, когда страницы загружаются в память до того, как они оказываются необходимыми процессу, и стратегии загрузки по требованию, в соответствии с которыми страница перемещается в память только при наступлении страничного прерывания. При использовании стратегий "по требованию" при старте каждой нити происходит интенсивная загрузка страниц. Эти страницы называются начальным набором страниц. После загрузки начального набора интенсивность загрузки страниц заметно уменьшается.

Менеджер виртуальной памяти Windows NT использует стратегию "по требованию" с кластеризацией. При возникновении страничного прерывания менеджер виртуальной памяти загружает в память вызвавшую прерывание страницу, а также небольшое количество окружающих ее страниц. Эта стратегия пытается минимизировать количество страничных прерываний.

Этап размещения. Набор правил, используемых для определения места размещения новой страницы в памяти, называется стратегией размещения. В Windows NT менеджер виртуальной памяти просто выбирает первую страницу из списка свободных физических страниц. База данных физических страниц - это массив записей, пронумерованных от 0 до максимального номера страницы, зависящего от объема памяти. Каждая запись содержит информацию о соответствующей физической странице. Менеджер виртуальной памяти использует прямые связи в случае, когда процесс запрашивает доступ к виртуальному адресу в действительной виртуальной странице.

Этап замещения. Если при возникновении страничного прерывания в физической памяти нет свободных страниц, то используется стратегия замещения, которая определяет, какую виртуальную страницу нужно удалить из памяти для освобождения места для размещения новой страницы.

Менеджер виртуальной памяти Windows NT использует локальный алгоритм FIFO (First Input First Output). В соответствии с алгоритмом FIFO из памяти удаляется та страница, которая дольше всего там находится. Локальность в данном случае означает, что поиск страницы-кандидата на выгрузку осуществляется только среди страниц того процесса, который требует загрузки новой страницы. Существуют и глобальные стратегии, в соответствии с которыми поиск замещаемой страницы выполняется на множестве страниц всех процессов. Локальный вариант стратегии не дает одному процессу возможность захватить всю имеющуюся память.

Когда процесс стартует, ему назначается минимальный рабочий набор страниц. Процесс может его увеличивать до некоторого максимального размера. Если процесс требует еще больше страниц, то менеджер виртуальной памяти удаляет из рабочего набора по одной странице при загрузке каждой новой страницы. Когда размер свободной физической памяти уменьшается до некоторой критической границы, то менеджер виртуальной памяти использует прием, называемый автоматическим триммингом рабочего набора. Он просматривает страницы каждого процесса, находящиеся в памяти, сравнивает их количество с минимальным размером рабочего набора и удаляет избыточные страницы из памяти.