введение_1 (1085732), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Управление памятью

В каждом компьютере есть оперативная память, используемая для хранения выпол­няющихся программ. В очень простых операционных системах в конкретный момент времени в памяти может находиться только одна программа. Для запуска второй программы сначала нужно удалить из памяти первую и загрузить на ее место вторую. Более изощренные системы позволяют одновременно находиться в памяти не­скольким программам. Для того чтобы они не мешали друг другу (и операцион­ной системе), необходим некий защитный механизм. Хотя этот механизм распо­лагается в аппаратуре, он управляется операционной системой.

Вышеизложенная точка зрения имеет отношение к управлению оперативной памятью компьютера и к ее защите. Другой, но не менее важный, связанный с памятью вопрос — это управление адресным пространством процессов. Обычно под каждый процесс отводится некоторый набор адресов, которые он может исполь­зовать, чаще всего начинающийся с 0 и продолжающийся до некого максимума. В простейшем случае максимальная величина адресного пространства для процесса меньше основной памяти. Тогда процесс может заполнить свое адресное пространство, и памяти хватит на то, чтобы содержать его целиком.

Однако на многих компьютерах адресация 32- или 64-разрядная, что дает для пространства адресов 2³² и 2⁶⁴ байтов соответственно. Что произойдет, если адресное пространство процесса окажется больше, чем оперативная память компьютера, и процесс захочет использовать его целиком? На первых компьютерах подобным процессам просто не везло. В наши дни существует метод, называемый виртуальной памятью, при котором операционная система держит часть адресов оперативной памяти, а часть на диске и меняет их местами при необходимости. Эта важная функция операционной системы, а также другие понятия, связанные с управлением памятью, будут рассмотрены в главе 4.

Ввод-вывод данных

Во всех компьютерах есть физическое устройство для получения входных данных и вывода информации. Посудите сами, что хорошего было бы в компьютере, если бы пользователи не могли сказать ему, что делать, и не могли получить результаты после завершения выполненной работы? Существует много видов устройств ввода-вывода, например клавиатуры, мониторы, принтеры и т. д. Всеми ими долж­на управлять операционная система.

Каждая операционная система имеет свою подсистему ввода-вывода для управ­ления устройствами ввода-вывода. Некоторые из программ ввода-вывода являют­ся независимыми от устройств, то есть их можно применить ко многим или ко всем устройствам ввода-вывода. Другая часть программного обеспечения ввода-выво­да, в которую входят драйверы устройств, предназначена для определенных уст­ройств ввода-вывода. В главе 5 мы рассмотрим программное обеспечение ввода-вывода данных.

Файлы

Файловая система — это еще одно ключевое понятие, поддерживаемое виртуаль­но всеми операционными системами. Как было замечено ранее, основной функ­цией операционной системы является скрытие особенностей дисков и других устройств ввода-вывода и предоставление пользователю понятной и удобной аб­страктной модели независимых от устройств файлов. Системные вызовы очевид­но необходимы для создания, удаления, чтения или записи файлов. Перед тем как прочитать файл, его нужно разместить на диске и открыть, а после прочтения его нужно закрыть. Все эти функции осуществляют системные вызовы.

Предоставляя место для хранения файлов, операционные системы используют понятие каталога (directory) как способ объединения файлов в группы. Например, студент может иметь по одному каталогу для каждого изучаемого им курса (для программ, необходимых в рамках этого курса), каталог для электронной почты, и еще один — для своей домашней web-страницы. Для создания и удаления ката­логов также необходимы системные вызовы. Они же обеспечивают перемещение существующего файла в каталог и удаление файла из каталога. Содержимое ка­талогов могут составлять файлы или другие каталоги. Эта модель создает струк­туру — файловую систему, — как показано на рис. 1.14.

Иерархии процессов и файлов организованы в виде деревьев, но на этом сход­ство заканчивается. Иерархия процессов обычно не очень глубока (в ней редко бывает больше трех уровней), тогда как файловая структура достаточно часто имеет четыре, пять или даже больше уровней в глубину. Иерархия процессов обыч­но живет очень недолго, как правило, несколько минут, иерархия каталогов может существовать годами. Принадлежность и защита также различны для процессов и файлов. Обычно только родительский процесс может управлять или даже просто иметь доступ к дочернему процессу, однако практически всегда существует меха­низм, позволяющий читать файлы и каталоги не только владельцу файла, а более широкой группе пользователей.

Каждый файл в иерархии каталогов можно определить, задав его имя пути, на­зываемое также полным именем файла. Путь начинается из вершины структуры каталогов, называемой корневым каталогом. Такое абсолютное имя пути состо­ит из списка каталогов, которые нужно пройти от корневого каталога к файлу, с разделением отдельных компонентов косой чертой. На рис. 1.14 путь к файлу CS101 выглядит как /Faculty/Prof \Brown/Courses/CS101. Первая косая черта говорит о том, что этот путь — абсолютный, то есть начинается от корневого каталога. В MS-DOS и Windows для разделения компонентов вместо символа косой черты используется обратная косая черта (\). Тогда этот путь будет выглядеть так: \Faculty\Prof.Brown\Courses\CS101. В нашей книге для записи пути мы в основном будем использовать соглашения UNIX.

Корневой каталог

Студенты Факультет

Роберт Матти Лео Профессор Профессор Профессор

Браун Грин Уайт

Курсы Бумаги Гранты Комиссии

А С101 АС102 Файлы АС103 АС1_05

Р ис. 1.14. Файловая система факультета университета

В каждый момент времени у каждого процесса есть текущий рабочий каталог, в котором ищутся пути файлов, не начинающиеся с косой черты. Например, если на рис. 1.14 /Faculty/Proj.Brown является рабочим каталогом, то использование пути Courses/CS101 даст тот же самый файл, что и абсолютный путь, написанный выше. Процессы могут изменять свой рабочий каталог, используя системные вызовы.

Перед тем как прочесть или записать файл, его нужно открыть, в это же время проверяется разрешение доступа. Если доступ разрешен, система возвращает не­большое целое число, называемое дескриптором файла и используемое в после­дующих операциях. Если доступ запрещен, то возвращается код ошибки.

Другое важное понятие в UNIX — это установленная (смонтированная) фай­ловая система. Почти все персональные компьютеры имеют один или два диско­вода для гибких дисков, куда можно вставить и откуда можно вынуть диск. Чтобы предоставить возможность общения со сменными носителями (включая компакт-диски), UNIX позволяет присоединять файловую систему сменного диска к глав­ному дереву. Рассмотрим ситуацию на рис. 1.15, а. Перед вызовом системной про­цедуры mount корневая файловая система на жестком диске и вторая файловая система на гибком диске существуют раздельно и никак не связаны между собой.

Корень Гибкий диск

A

b

x

y

c

d

Рис. 1.15. Перед установкой файлы на диске 0 недоступны (а); после монтирования они становятся частью общей файловой структуры (б)

Однако файлы на гибком диске нельзя использовать, потому что для них невоз­можно определить путь. UNIX не позволяет присоединять к началу пути название диска или его номер, так как это привело бы к жесткой зависимости от устройств, которой операционная система должна избегать. Вместо этого системный вызов mount позволяет присоединять файловую систему на гибком диске к корневой фай­ловой системе в том месте, где этого захочет программа. На рис. 1.15, б файловая система гибкого диска была установлена в каталог b, таким образом, обеспечен доступ к файлам по путям /b/х/ и /b/у. Если каталог b содержал какие-либо фай­лы, они будут недоступны, пока смонтирован гибкий диск, так как теперь /b ссыла­ется на корневой каталог гибкого диска. (Невозможность доступа к этим файлам не так страшна, как кажется с первого взгляда: файловые системы почти всегда устанавливаются в пустые каталоги.) Если система содержит несколько жестких дисков, они все могут быть встроены в одно дерево таким же образом.

Характеристики

Список файлов книги