А. Робачевский - Операционная система UNIX (1114671), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Такимобразом, при смене процесса адресное пространство нового процесса ста!новится видимым (отображаемым), в то время как адресное пространствопредыдущего процесса являетсяФормат виртуальной памяти процесса в режиме задачи зависит, в первуюочередь, от типа исполняемого файла, образом которого является процесс.На рис. 3.9 изображено расположение различных сегментов процесса ввиртуальной памяти для двух уже рассмотренных нами форматов испол!няемых файлов — COFF и ELF.
Заметим, что независимо от формата ис!полняемого файла виртуальные адреса процесса не могут выходить за пре!делы 3 Гбайт.Для защиты виртуальной памяти процесса от модификации другими про!цессами прикладные задачи не могут менять заданное отображение. По!При этом физические страницы, принадлежащие предыдущему процессу, могут по!прежнему оставаться воднако доступ к ним невозможенотсутствияновленного отображения. Любой допустимый виртуальный адрес будет отображаться либов страницы ядра, либо в страницы нового процесса.www.books-shop.comГлава 3.206управления процессамискольку ядро системы выполняется на привилегированном уровне, ономожет управлять отображением как собственного адресного пространства,так и адресного пространства процесса.COFFELFРис. 3.9.
Виртуальная память процесса в режиме задачиУправление памятью процессаМожно сказать, что каждый процесс в операционной системе U N I X вы!полняется на собственной виртуальной вычислительной машине, где всересурсы принадлежат исключительно данному процессу.
Подсистемауправления памятью обеспечивает такую иллюзию в отношении физиче!ской памяти.Как уже говорилось, аппаратная поддержка страничного механизма имеетсущественное значение для реализации виртуальной памяти. Однако приэтом также требуется участие операционной системы.
Можно перечислитьряд операций, за выполнение которых отвечает сама операционная система:Размещение в памяти каталога страниц и таблиц страниц; инициа!лизация регистра — указателя на каталог таблиц страниц (для Intel— CR3) (в системах, использующих несколько каталогов страниц,каждый процесс хранит взначение этого регистра; в этом слу!чае инициализацию указателя необходимо проводить при каждомпереключении контекста); инициализация каталога страниц.www.books-shop.comУправление памятью процесса207Установка отображения путем записи соответствующих значений втаблицы страниц.П Обработка страничных ошибок.П Управление сверхоперативным кэшем.П Обеспечение обмена страницами между оперативной и вторичнойпамятью.В реализации перечисленных функций существенную роль играют струк!туры данных, обеспечивающие удобное представление адресного про!странства процесса для операционной системы.
Фактический формат этихструктур существенным образом зависит от аппаратной архитектуры и вер!сии UNIX, поэтому в следующих разделах для иллюстрации тех или иныхположений также использована операционная система SCO UNIX.ОбластиВ SCO UNIX адресное пространство процесса разделено на несколькоучастков, называемых областями (region).
Область представляет собой не!прерывный участок виртуального адресного пространства процесса, кото!рый рассматривается ядром системы как отдельный объект, разделяемыйили защищенный от постороннего доступа. Область может использоватьсядля хранения данных различных типов, включая код, данные, разделяемуюпамять, сегменты библиотек и отображаемые в память файлы. Каждая ак!тивная область представлена соответствующей структурой данных ядра ислужит основой для управления памятью процесса.Каждая область представлена собственным сегментом памяти.
В совокуп!ности со страничным механизмом организации виртуальной памяти такойподход предоставляет ядру системы большие возможности по эффектив!ному управлению виртуальной памятью процесса.Области могут совместно использоваться несколькими процессами, приэтом ядру нет необходимости создавать дополнительные копии, нужнолишь задать требуемое отображение (виртуальные адреса области у раз!личных процессов могут не совпадать). В качестве примеров разделяемыхобластей можно привести разделяемую память, разделяемые библиотекиили отображаемые в память файлы.
Часто код программы совместно ис!пользуется несколькими родственными процессами. Информация о каж!дой активной области хранится ядром в структуре данных region.Поскольку одна и та же область может использоваться несколькими про!цессами, для каждого процесса ядро создает связанный список структурpregion (per process region), которые в свою очередь адресуют области,используемые процессом.
Указатель на список структур pregion для каж!дого процесса находится в записи таблицы процессов — структуреОсновные поля структур region и pregion приведены на рис. 3.10.www.books-shop.comГлава 3. Подсистема управления процессами208Виртуальная память процессаСтраница физической памятиРис. 3.10. Управление адресным пространством процесса в SCO UNIXПомимо указателей p_next, организующих структуры pregion в видесвязанного списка, и p_reg, обеспечивающих адресацию соответствующейструктуры region, в каждой структуре pregion определен набор флаговопределяющий права доступа к области, режим блокирования впамяти и т. д. Поле p_type указывает на тип области.
Оно может содер!жать одно из следующих значений:ЗначениеОписаниеРТ UNUSEDОбласть не используетсяРТ TEXTОбласть содержит сегмент кодаРТ DATAОбласть содержит сегмент данныхРТ STACKОбласть используется в качестве стека процессаРТ SHMEMОбласть используется в качестве разделяемой памятиwww.books-shop.comУправление памятью процесса209(продолжение)ЗначениеPT_LIBDATPT_SHFILОписаниеОбласть содержит код библиотекОбласть содержит данные библиотекОбласть используется для хранения файла, отображенного в памятьНаконец, полепространстве процесса.задает виртуальный адрес области в адресномПоля структуры region, приведенные на рис.
ЗЛО, имеют следующие зна!чения. Полеопределяет размер области в страницах, из которыхr_nvalid страниц присутствуют в оперативной памяти (см. далее раздел"Страничное замещение"). Несколько процессов могут ссылаться на однуи ту же область, поле r_refcnt хранит число таких ссылок. Полеадресует таблицу страницПолеадресуетфайла, гдерасполагаются данные области (например, для области кода,будетуказывать на inode исполняемого файла).Фактическую информацию о структурах управления адресным пространст!вом процесса можно получить с помощью командыВ следую!щем примере таким образом определяется содержимое структур pregionпроцесса и характеристики соответствующих областей.t crash=> pregion 101SLOTPREGG10101234namelist = /unix, outfile = stdout122223145187REGVAREGVA0x7000000x7010000x800010000x80031000TYPETYPEtextdatastackFLAGSrdonlyrdonlyprКак можно увидеть из вывода командыс рассматриваемымпроцессом связаны пять областей: сегмент кода, данных иа такжесегменты кода и данных подключенной библиотеки.
Столбецопре!деляет запись таблицы областей, где расположена адресуемая каждойpregion область region. Заметим, что значение в столбцелишь от!части соответствует полю p_reg структуры pregion, поскольку последнееявляется указателем, а не индексом таблицы. Столбец REGVA содержитзначения виртуальных адресов областей.Для областей, размер которых превышает 4одной таблицы страниц недостаточно,и region хранит элементы каталога таблиц страниц в виде связанного списка.Ⱦɚɧɧɚɹɜɟɪɫɢɹɤɧɢɝɢɜɵɩɭɳɟɧɚɷɥɟɤɬɪɨɧɧɵɦɢɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨɦ%RRNVVKRSɊɚɫɩɪɨɫɬɪɚɧɟɧɢɟɩɪɨɞɚɠɚɩɟɪɟɡɚɩɢɫɶɞɚɧɧɨɣɤɧɢɝɢɢɥɢɟɟɱɚɫɬɟɣɁȺɉɊȿɓȿɇɕɈɜɫɟɯɧɚɪɭɲɟɧɢɹɯɩɪɨɫɶɛɚɫɨɨɛɳɚɬɶɩɨɚɞɪɟɫɭpiracy@books-shop.comГлава 3.
Подсистема управления процессамиС помощью полученной информации мы можем более детально рассмот!реть любую из областей процесса. Выведем данные о сегментах кода, дан!ных и стека:>region 12 22 23SLOTPGSZ VALID122223132111NONESOFFKEF0011101000011000NSWBACK0523241502380 135TYPEFLAGS154 stxt done154 priv donepriv stackСтолбец PGSZ определяет размер области в страницах, а столбец VALID —число страниц этой области, находящихся в оперативной памяти.
Как мож!но заметить, для сегментов данных и стека страниц недостаточно, поэтомуможет возникнуть ситуация, когда процессу потребуется обращение к адре!су, в настоящее время отсутствующему в памяти. Заметим также, что стол!бец INOX содержит индексы таблиц inode, указывающие на метаданныефайлов, откуда было загружено содержимое соответствующих сегментов.Мы можем взглянуть на дополнительные сведения об этом файле:154INODE TABLESLOT154SIZE =472FS1,4221562RCNTLINK3112356SIZEMODE8972755FLAGS0R130txИз этой таблицы мы можем определить файловую систему, в которой рас!положен файл (MAJ/MIN), а также номер его дискового inode — INUMB.В данном случае он равен 1562.
Выполнив командумы узнаемимя исполняемого файла, соответствующего исследуемому процессу:$ ncheck15621562Замещение страницРанние версии UNIX работали на компьютерах PDP!11 с 16!разряднойархитектурой и адресным пространством 64 Кбайт. Некоторые модифика!ции позволяли использовать отдельные адресные пространства для кода иданных, накладывая тем не менее существенные ограничения на размерадресного пространства процесса. Это привело к разработке различныхсхем программных оверлеев (overlay), использовавшихся как для прикладныхзадач, так и для ядра операционной системы.
Суть этих методов заключа!ется в том, что в неиспользуемые участки адресного пространства процес!са записываются другие части программы. Например, после запуска сис!темы необходимость в функциях начальной инициализации отпадает ичасть памяти, содержащая этот код, может быть использована для хране!ния других данных или инструкций операционной системы. Не говоря означительной сложности такого подхода для разработчиков программногообеспечения, использование этих методов приводило к низкой переноси!www.books-shop.comУправление памятью процесса211мости программ, поскольку они в значительной степени зависели от кон!кретной организации памяти. Порой даже расширение оперативной памя!ти требовало внесения модификаций в программное обеспечение.Механизмы управления памятью сводились к использованию свопинга.Процессы загружались в непрерывные области оперативной памяти цели!ком, выгружался процесс также целиком. Только небольшое число про!цессов могло быть одновременно размещено в памяти, и при запуске про!цесса на выполнение, несколько других процессов необходимо было пере!местить во вторичную память.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
