LectOS1po12 (Лекции по операционным системам), страница 12

программу подзагрузки нерезидентной части КП в ОП;

подпрограмму инициализации, которая при начальной загрузке ОС обрабатывает файл autoexec.bat.

Нерезидентная часть КП содержит программу обработки команд ОС, поступающих с клавиатуры терминала или из командных файлов.

6. Утилиты MS DOS

Утилитами обычно называют внешние команды (программы), входящие в стандартный комплект MS DOS в виде отдельных загрузочных файлов и выполняющих сервисные функции. В эту ОС входит более десятка утилит, предназначенных для разных целей. При практической работе наиболее часто используются лишь некоторые из них - format.com для форматирования дисков, print.com для вывода на печать и т.д. Достоинством MS DOS является то обстоятельство, что любая программа может играть роль сервисной наравне со стандартными утилитами, поскольку ее запуск не отличается от вызова утилит ОС.

7. Файл config.sys

Файл config.sys представляет собой текстовый файл, предназначенный для определения конфигурации MS DOS, а также для загрузки драйверов и резидентных программ. Он создается автоматически программой установки MS DOS и затем при необходимости редактируется пользователем. Для редактирования файла можно использовать текстовый редактор edit, который входит в состав MS DOS.

С помощью файла конфигурации можно расширять ОС и изменять некоторые параметры, влияющие на работу внешних устройств (ВУ). Одно из важнейших свойств этой ОС состоит в возможности добавления новых ВУ и подключения новых специальных программ, обеспечивающих управление их работой. Эти программы, называемые драйверами ВУ, можно включить в систему, перечислив их в файле config.sys с помощью команды device, например, строка device=с:\sys\mouse.sys означает, что должен быть подключен драйвер манипулятора "мышь", находящийся в файле mouse.sys на диске С в каталоге SYS.

Помимо этого в файле конфигурации с помощью строки

files=12

можно указать, сколько файлов в системе может быть открыто одновременно (в данном примере 12), задать количество буферов с внешними накопителями с помощью строки

buffers=30

(в данном случае число буферов равно 30), а также задать некоторые другие параметры.

8. Файл autoexec.bat

С точки зрения содержащейся в этом файле информации он является обычным командным файлом. Однако он играет особую роль, так как при начальном запуске и инициализации MS DOS обработка его начинается автоматически, без участия пользователя. В этот файл удобно занести команды, которые произведут необходимую настройку системы и автоматически создадут для пользователя привычную операционную обстановку.

Резидентные программы

Обычные программы MS DOS удаляются из ОП сразу после своего завершения. В отличие от них резидентные программы (РП) остаются в памяти и могут быть активизированы в процессе исполнения другой пользовательской программы или в то время, когда ЦП находится в состоянии ожидания. Такие программы называют еще TSR-программами (Terminate and Stay Resident). Активизация РП осуществляется при нажатии заранее заданной комбинации клавиш, по инициативе другой программы либо в результате выполнения аппаратного прерывания, например, от таймера. Для того, чтобы оставить себя резидентной в ОП, программа может использовать соответствующие прерывания MS DOS. РП могут использоваться для различных целей, например:

• для обеспечения пользователю при работе с какой-то программой возможности запуска другой программы, а по завершении ее работы возможности возврата к прерванной программе;

• для использования РП в качестве так называемой оболочки, контролирующей работу MS DOS, например, при использовании на ЭВМ, подключенной к локальной вычислительной сети в качестве рабочей станции, оболочки сетевой ОС NetWare версий 3.х и выше.

Проблема реентерабельности MS DOS

На РП накладываются многочисленные ограничения, затрудняющие работу программиста. Например, РП не разрешается использовать прерывания MS DOS в произвольный момент времени. Это связано с тем, что с самого начала MS DOS проектировалась как однозадачная ОС, поэтому функции прерываний MS DOS не обладают свойствами реентерабельности (повторной входимости). Рассмотрим, например, следующую ситуацию. Пусть обычная программа вызвала какую-либо функцию прерывания MS DOS. Если во время выполнения программы, реализующей эту функцию, произойдет событие, например срабатывание таймера, в результате чего будет вызвана РП и последняя вызовет ту же самую функцию MS DOS, то произойдт недопустимое искажение вычислительного процесса, так как функция MS DOS не может быть вызвана повторно прежде, чем закончится работа этой функции по обслуживанию предыдущего вызова.

Аналогичные затруднения могут иметь место при повторном вызове функций BIOS, так как далеко не все они реентерабельны. Те же затруднения могут возникнуть и при использовании программ, написанных на языке высокого уровня (ЯВУ), так как программы библиотек этого ЯВУ могут содержать вызовы функций MS DOS и BIOS.

Лекция N 12

Режимы работы ЭВМ IBM PC с центральным процессором (ЦП) 80х86 (x > 2)

ЭВМ IВМ РС с ЦП 8086 могла работать только в так называемом реальном режиме. Начиная с ЦП 80286 появилась возможность испозования защищенного режима работы, однако вскоре появился более современный ЦП 80386, основные особенности архитектуры которого нашли свое отображение и в следующих моделях ряда этих ЦП: 80486, 80586 и т.д. Поэтому режимы функционирования ряда этих ЦП будем рассматривать для ЦП 80386 и выше. Каждый из этих ЦП может функционировать в одном из трех режимов: реальном, защищенном и виртуальном; далее будут кратко рассмотрены основные особенности функционирования и использования этих режимов.

Реальный режим работы ЦП 80386

При включении питания или после сигнала "Сброс" ЦП 80386 устанавливается в реальный режим работы, который соответствует ЦП 8086 с добавлением возможности использования 32-разрядных регистров. Механизм адресации, пространство адресов памяти, управление прерываниями осуществляется аналогично реальному режиму ЦП 8086. В реальном режиме могут использоваться любые команды ЦП 80386.

Размер операнда по умолчанию в реальном режиме составляет 16 бит, как и у ЦП 8086. Для того, чтобы использовать 32-разрядные регистры, необходимо предварительно выполнить соответствующую настройку выполняемой программы. Размер сегмента в реальном режиме равен 64К байт, поэтому 32-разрядные адреса должны быть меньше, чем 0000FFFFh. В реальном режиме максимальный размер памяти составляет 1М байт. Так как в реальном режиме не используется страничная адресация, то линейный адрес равен физическому.

Физические адреса, как и в ЦП 8086, формируются в реальном режиме сложением содержимого соответствующего сегментного регистра, который сдвигается влево на 4 разряда, с исполнительным адресом, указанным в команде. В результате создается адресное пространство, определяемое 20-разрядным физическим адресом, т.е. равное 1М плюс 64К байт.

В реальном режиме имеется две зарезервированные области памяти: зона системной инициализации, находящаяся по адресам с FFFFFFF0h по FFFFFFFFh, и зона таблицы прерываний, находящаяся по адресам с 00000h по 003FFh.

В настоящее время реальный режим на ЭВМ IВМ РС с ЦП 80386 используется для реализации двух целей:

1. выполнения на этих ЭВМ программ, написанных под MS DOS или другие родственные ей ОС;

2. для подготовки перехода этой ЭВМ в защищенный режим.

Защищенный режим работы ЦП 80386

Возможности ЦП 80386 раскрываются полностью, если он работает в защищенном режиме. Защищенный режим позволяет использовать дополнительные команды, специально предназначенные для многозадачных ОС. Главные отличия защищенного режима от реального состоят в следующем:

1. адресное пространство расширяется до 4Г байт, а область виртуальных адресов - до 64Т байт, т.е. практически не ограничена;

2. используются другие механизмы адресации, при этом существенно, что выполняемой в каком-то отрезке времени задаче выделяется определенная область оперативной памяти (ОП), за пределы которой задача не может обращаться, - при попытке такого обращения возникает так называемое нарушение общей защиты, вследствие чего выполнение задачи прекращается и включается принадлежащая ОС программа обработки прерывания по этой причине;

3. используется другая область ОП для размещения векторов прерываний, при этом ввиду того, что номера векторов для одинаковых по смыслу событий могут различаться в этих режимах и к тому же сами наборы прерываний отличаются между собой, при переходе из одного режима в другой требуется произвести соответствующую настройку аппаратных средств с помощью команд программы, производящей переключение из режима в режим.

Защищенный режим может использоваться в следующих случаях:

1. для использования ЭВМ в многопользовательском режиме, например, если ЭВМ является сервером вычислительной сети и на нем установлена многопользовательская ОС для обслуживания запросов рабочих станций этой сети;

2. для использования ЭВМ в однопользовательском многозадачном режиме;

3. для использования ЭВМ в однопользовательском однозадачном режиме, но при этом для решения задачи необходимо выделение ей объема ОП, превышающего величину 1М байт;

4. для использования ЭВМ в однопользовательском однозадачном режиме, но при этом используемая ОС предоставляет пользователю для общения с ЭВМ интерфейс, существенно превосходящий по своим возможностям интерфейс, предоставляемый MS DOS (такие возможности обеспечивают ОС типа Windows).

Виртуальный режим работы ЦП 80386 (режим V86). Эмуляция MS DOS в режиме V86

Основной целью использования режима V86 является одновременное выполнение программ, написанных под MS DOS, под управлением многопользовательской ОС. При этом у каждого пользователя создается иллюзия монопольного владения всеми ресурсами ЭВМ.

Реальный режим работы ЦП 80386, эмулирующий ЦП 8086, и режим виртуального ЦП 8086, работающий в защищенном режиме ЦП 80386, несколько различаются. Когда ЦП работает в режиме V86, его селекторы, несмотря на то, что включен защищенный режим, интерпретируются также, как и в реальном режиме. Эффективный адрес при этом получается сложением смещения со сдвинутым на 4 разряда влево содержимым сегментного регистра. На ОС возлагаются обязанности по определению программ, использующих механизм адресации ЦП 8086, и программ, использующих адресацию собственно ЦП 80386. Отличие адресации виртуального ЦП 8086 от реального заключаются в использовании механизма страничной адресации, благодаря которому адресное пространство задачи в 1М байт может быть размещено в любом месте пространства линейных адресов ЦП 80386 объемом 4Г байт. Адреса, превышающие величину 1М в режиме виртуального ЦП 8086, будут вызывать возникновение прерывания 13 защищенного режима (нарушение общей защиты).

Все программы виртуального режима выполняются на уровне привилегированности 3, т.е. на низшем уровне, в отличие от реального режима, который всегда имеет уровень привилегированности 0, т.е. высший уровень. Поэтому попытка выполнить в виртуальном режиме привилегированную команду также приведет к возникновению прерывания 13.

Аппаратные средства страничной адресации поддерживают параллельную работу нескольких задач, использующий виртуальный режим, и обеспечивают защиту и независимость работы их ОС. Эти средства могут использоваться в многозадачных ОС для обеспечения одновременного выполнения нескольких задач.

Важнейшей чертой программ реального режима является широкое использование средств MS DOS и BIOS. Поэтому виртуальный режим может иметь право на вектора программного прерывания) и передача управления через этот вектор требуемой программе ОС, которая, очевидно, должна выполняться опять в режиме V86. Всю эту процедуру иногда называют "отражением" прерывания на MS DOS (или другую ОС реального режима), или "эмуляцией" DOS в режиме виртуального ЦП 8086. Подобная эмуляция должна осуществляться и при возникновении аппаратных прерываний, обеспечивая обычно их обработку с помощью BIOS.

Таким образом многозадачная ОС, выполняемая на ЦП 80386, может полностью моделировать вызовы однозадачной ОС, например, MS DOS. Кроме того, эта многозадачная ОС должна также выполнять подобным образом производить обработку команд обращения задач, выполняемых в режиме V86, к портам ввода-вывода - команд in и out.

Принципы обеспечения в ОС многозадачного и

многопользовательского режимов (на примере ОС типа Windows)

Прежде всего перечислим наиболее характерные примеры, когда возникает необходимость использования таких ОС:

- при размещении ОС на сервере вычислительной сети для управления работой этой сети;

- при управлении работой супер-ЭВМ, работающей в режиме разделения времени;