А.Н. Томилин - Вычислительные системы (2006), страница 23

Операционная система вошла в задачу пользователя, осталось только ядро. Теперьвозьмём вторую задачу. Т.е. у неё тоже имеется свой диапазон виртуальных адресов и какойто диапазон адресов ОС она тоже в себя включает. Вот так организационно может располагаться информация операционной системы. Эти задачи так построены, что не используютсяв них команды, которые являются запрещёнными для пользовательских задач (командыуправления аппаратурой, непосредственное помещение на управляющие регистры здесь нет,а всё это находится в ядре ОС).Так вот в этом случае что у нас возникает. Пусть у нас страничная организация и возникает адрес2№ виртуальнойстраницысмещение в страницеЕстественно, мы ищем в таблице адресной трансляции.

Не нашли (нету здесь двойки),тогда мы должны (как договаривались) идти в таблицу страниц. А таблица страниц находится на некоей физической странице, а у этой таблицы она виртуальная и её может не быть вОП, значит заменять просто так нельзя. Таким образом нужно по номеру виртуальной страницы обратится в некую таблицу (в ядре ОС) виртуальных страниц ОС, где указано про нашу страницу всё (её статус, есть, нет и на какой физической странице она находится).

Еслинет, то надо подкачать. Т.е. у нас 3 обращения в ОП. Какое может получиться максимально?Нужно подкачать эту страницу, если она откачена. Но тогда может быть придётся откачатьчто-то, т.е. 2 обращения к диску. Затем, таблица появилась, может выясниться, что страница69задачи откачена, и её надо подкачать. Таким образом, порядка 4-х обращений, всё остальное— о-малое от этого времени. 4 обращения к диску — это максимально возможное (минимально — нуль).

Кстати, в машинах VAX фирмы DEC вот так вот это дело организовано.Средства поддержки операционной системыТеперь, мы как бы рассмотрели вопросы организации памяти. Давайте поговорим осредствах поддержки ОС. Некоторые из них мы рассмотрим, связанные с переключениемзадач (процессов) и с организацией защиты динамических знакомств модулей. Итак, первое— это будет у нас поддержка переключения задач, второе — многоуровневая защита и третья — динамическое знакомство программ.

Это некоторые из средств, включаются в аппаратуру и помогают осуществлению целого ряда функций операционной системы, в том числевот этих вот.Переключение процессовСразу нужно здесь посмотреть, как происходит переключение процессов, какие могутбыть действия. А действия могут быть следующие.Вот у нас идёт какая-то задача — задача 1. У неё будет прерывание, либо произошлообращение к задаче ОС. И то и другое вызывает переход к ядру ОС. Куда переходим в этоядро — несколько позже, пока — общее. Это ядро ОС выясняет, что за необходимость, прикоторой к нему произошло обращение.

Давайте простую вещь рассмотрим, например, этопрерывание по времени: аппаратурой определилось, что прошла единица времени (например,1/250 секунды в машине БЭСМ-6), берётся и прибавляется единица к счётчику, и смотрится:кто-нибудь ждёт этого момента? Никому ничего не надо — надо выходить обратно и продолжить, естественно, с этого самого места.задача 1ИП задачи 1*ядро ОС*Для выполнения ядра ОС что-то сохраняется аппаратно, потом всё восстанавливается.Будем условно говорить, что в этом месте мы вообще не прерываемся.

Это первый вариант.Второй вариант: снова идёт задача, снова происходит прерывание, снова работает ядроОС, и вместо возврата на задачу принимается решение о переключении на другую задачу.Например, если это было как раз обращение к запрещённой области памяти, то нужно приостановить задачу, а значит перейти на какую-то другую из готовых к исполнению.

Либо этокакое-то дано задание ОС, которое оформлено как задача. Тогда при переходе к блоку переключения задач, после которого вы переходите на задачу 2 (первая задача прекращается).Ясно, что всё информационное поле первой задачи будет упрятано, а второй — восстановлено.70задача 1ИПЗ 1ядро ОСупрятываетсяблок переключения задачзадача 2восстанавливаетсяИПЗ 2Вот всё что требуется для продолжения задачи, которая когда-то была приостановлена.Вот так происходит второй вариант.Всё вместе взятое называется стержень. Он определяет программный процесс, который может быть переключён на другой программный процесс.

Некая программа, котораяпроцессом не является. Она обеспечивает переключение процессов, сама процессом не является и называется программным стержнем.Какие же поддержки могут быть для работы блока переключения задач?Возьмём машину фирмы DEC — VAX. Там были такие поддерживающие команды:save cntx (сохранить контекст). А вот куда? Это просто команда. Так вот, на всё времяработы первой задачи имеется регистр — регистр адреса ИПЗ.

Таким образом, командаsave cntx грузит состояние регистров вот сюда. Затем произойдёт выбор новой задачи, исюда будет помещено (после команды save cntx) N2. И дальше пойдёт команда loadcntx, которая и произведёт вот эти действия.регистр адреса ИПЗN1save cntxN2(замена содержимогорегистра адреса ИПЗ)load cntxНаличие команд save и load cntx и регистра адреса ИПЗ можно сделать в самойоперационной системе, что и сделано в БЭСМ-6.Если в процессе обработки прерываний, на самом деле действий по обработки информации, связанной с появлением события. Что такое прерывание? Прерывание — это переходот выполнения одного процесса к выполнению какой-то другой программы в ядре ОС привозникновении некоего события. Как могут быть зафиксированы эти события — это чутьпозже.

А сейчас — можно ли переключаться во время обработки прерывания или нет?В IBM существовали обработчики прерываний. Они обрабатывали группу прерываний.Было несколько обработчиков прерываний, и каждый из них был фактически как задача.Было так: имелось какое-то количество событий, в результате выполнения события появлялось прерывание, прерывалось выполнение программы, и фиксировался номер этого события. Были приоритетные, менее приоритетные и ещё менее приоритетные.

Было 2 обработчика или 4.71обработчик менееприоритетных событийобработчик болееприоритетных событийА если это событие было этого же ранга или менее, то мы ждали до конца, после чегоперешли на обработчик. Так что эту часть тоже можно организовывать с прерываниями.Теперь, как же собственно реализуется само прерывание, как выходим на эту программу, на этот обработчик. Каким-то образом фиксируется номер события.

И у нас возможныразные варианты. У нас имеется некая таблица (в памяти или на регистрах) по номерам событий — таблица номеров событий (или иногда говорят «прерываний номеров событий»).Пусть нулевого события не может быть. Вот у нас определилось второе событие. Тогда происходит переход на вторую строчку, а здесь переход безусловный (БП) на обработчик события 2:21обработчик события 2БП3...Может быть, как в случае БЭСМ-6 сама операционная система по некоторой информации о событиях определяет номер события (аппаратно этого не делалось) и передаёт управление на функцию какой-то программы.

Можно сказать, что это дешифратор реакций на события или дешифратор прерываний. Были ещё некоторые названия этой таблицы — векторпрерываний или таблица векторов прерываний (что не верно). Что такое вектор — это массив данных. В данном случае — это массив переходов на какие-то адреса, можно назватьвектор этих переходов (каждый переход есть компонент этого вектора). Опять же, употребляя жаргонное слово «прерывание» — вектор прерываний. Ещё называют вектора. Здесьстрелка, здесь стрелка. Этих стрелок много, значит вектора.Ну ладно, пока что мы по нашей тематике рассмотрели только аппаратные средства,поддерживающие переключения.

Аппаратуру прерываний, аппаратуру фиксации информации о событиях мы рассмотрим позднее, и перейдём к вопросам многоуровневой защиты ивопросам знакомства программ.Мы зафиксировали аспекты прерываний прохождения какого-либо процесса (переходна процесс операционной системы по обработке информации связанного события, в результате которого произошло прерывание). При этом мы отмечали, что у нас возможность послеобработки данных, связанных с событием, т.е.

после появления прерывания в программедействий по обработке события, если все действия в ней завершаются, мы можем выйти напродолжение. Поэтому есть варианты: эта программа не прерывается совсем, какие бы события не случились, или она прерывается, мы переходим на ещё какой-нибудь процессоперационной системы обработки данных, связанных с другим событием, не закончив.72задача 1ИП задачи 1регистровый контекступравляющая информацияпроцесс 1(программа 1)ИП программы (процесса) 1событие 1процесс 2(программа 2)событие 2возвратвозвратВ любом случае необходимо иметь некое поле для упрятывания регистрового контекста, хотя бы для этого, относящееся к задаче 1 (помните, ИПЗ — информационное поле задачи), где должен упрятываться регистровый контекст, ибо он будет использоваться в этихпроцессах (по обработке прерывания).

Вообще это поле большое, и там находится всякаяуправляющая информация, которую содержит операционная система о задаче (ожидаемыесобытия, о реакции на эти события, сведения о ресурсах, всё, что угодно). Нас интересуетсейчас вот это вот, когда произошло некоторое событие, возникло прерывание, мы перешлина некую программу операционной системы или процесс.

Здесь ещё одно информационноеполе (ИП) программы (процесса). Сюда мы тоже упрячем информацию на этот момент: регистровый контекст — состояние регистров на этот (вообще говоря, случайный) момент. Нуа затем командой возврата.Мы отмечали, что в IBM в знаменитых IBM’овских сериях существовали вот такиеобработчики прерываний (называются не программы, не процессы, а обработчикипрерываний). Их было несколько, они обрабатывали группы прерываний. И если возниклопрерывание более приоритетной группы, то тогда мы переходили на другой обработчикболее приоритетных событий. Если нет, то этот запоминался, и когда дообрабатывалосьсобытие, по поводу которого произошло прерывание, а затем этот обработчик ужеобрабатывал следующее событие, которое за время обработки первого события появилось,но на него среагировали в конце, по очереди их обрабатывая.Мы с вами отмечали, что естественно, эти упрятывания регистрового контекста могутпроисходить аппаратно, может происходить и даже программно.