Гордеев А.В. Операционные системы (2-е изд., 2004) (1186250), страница 23

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

Текст из файла (страница 23)

Каж­дый вновь размещаемый в памяти сегмент добавляется в хвост этой очереди. Ал­горитм учитывает только время нахождения сегмента в памяти, но не учитываетфактическое использование сегментов. Например, первые загруженные сегментыпрограммы могут содержать переменные, требующиеся на протяжении всей ее ра­боты. Это приводит к немедленному возвращению к только что замещенному сег­менту.Для реализации дисциплин LRU и LFU необходимо, чтобы процессор имел до­полнительные аппаратные средства. Минимальные требования — достаточно, что­бы при обращении к дескриптору сегмента для получения физического адреса,с которого сегмент начинает располагаться в памяти, соответствующий бит обра­щения менял свое значение (скажем, с нулевого, которое устанавливает операци­онная система, в единичное).

Тогда диспетчер памяти может время от временипросматривать таблицы дескрипторов исполняющихся задач и собирать для соот­ветствующей обработки статистическую информацию об обращениях к сегменИх называют «дисциплинами замещения».там. В результате можно составить список, упорядоченный либо по длительностипростоя (для дисциплины LRU), либо по частоте использования (для дисципли­ны LFU).Важнейшей проблемой, которая возникает при организации мультипрограммно­го режима, является защита памяти. Для того чтобы выполняющиеся приложенияне смогли испортить саму операционную систему и другие вычислительные про­цессы, необходимо, чтобы доступ к таблицам сегментов с целью их модификациибыл обеспечен только для кода самой ОС. Для этого код операционной системыдолжен выполняться в некотором привилегированном режиме, из которого мож­но осуществлять манипуляции дескрипторами сегментов, тогда как выход за пре­делы сегмента в обычной прикладной программе должен вызывать прерывание позащите памяти.

Каждая прикладная задача должна иметь возможность обращать­ся только к собственным и к общим сегментам.При сегментном способе организации виртуальной памяти появляется несколькоинтересных возможностей.Во-первых, при загрузке программы на исполнение можно размещать ее в памятине целиком, а «по мере необходимости». Действительно, поскольку в подавляю­щем большинстве случаев алгоритм, по которому работает код программы, явля­ется разветвленным, а не линейным, то в зависимости от исходных данных неко­торые части программы, расположенные в самостоятельных сегментах, могут бытьне задействованы; значит, их можно и не загружать в оперативную память.Во-вторых, некоторые программные модули могут быть разделяемыми.

Посколь­ку эти программные модуля являются сегментами, относительно легко организо­вать доступ к таким общим сегментам. Сегмент с разделяемым кодом располагает­ся в памяти в единственном экземпляре, а в нескольких таблицах дескрипторовсегментов исполняющихся задач будут находиться указатели на такие разделяе­мые сегменты.Однако у сегментного способа распределения памяти есть и недостатки. Преждевсего (см. рис. 3.4), для доступа к искомой ячейке памяти приходится тратить многовремени.

Мы должны сначала найти и прочитать дескриптор сегмента, а уже по­том, используя полученные данные о местонахождении нужного нам сегмента,вычислить конечный физический адрес. Для того чтобы уменьшить эти потери,используется кэширование — те дескрипторы, с которыми мы имеем дело в дан­ный момент, могут быть размещены в сверхоперативной памяти (специальныхрегистрах, размещаемых в процессоре).Несмотря на то что рассмотренный способ распределения памяти приводит к су­щественно меньшей фрагментации памяти, нежели способы с неразрывным рас­пределением, фрагментация остается. Кроме того, много памяти и процессорноговремени теряется на размещение и обработку дескрипторных таблиц. Ведь на каж­дую задачу необходимо иметь свою таблицу дескрипторов сегментов.

А при опре­делении физических адресов приходится выполнять операции сложения, что тре­бует дополнительных затрат времени.Поэтому следующим способом разрывного размещения задач в памяти стал спо°б, при котором все фрагменты задачи считаются равными (одинакового разме-с92Глава 3. Управление памятью в операционных системахра), причем длина фрагмента в идеале должна быть кратна степени двойки, чтобыоперации сложения можно было заменить операциями конкатенации (слияния).Это — страничный способ организации виртуальной памяти. Этот способ мы де­тально рассмотрим ниже.Примером использования сегментного способа организации виртуальной памяти1является операционная система OS/2 первого поколения , которая была созданадля персональных компьютеров на базе процессора i80286.

В этой операционнойсистеме в полной мере использованы аппаратные средства микропроцессора, ко­торый специально проектировался для поддержки сегментного способа распреде­ления памяти.OS/2 v.l поддерживала распределение памяти, при котором выделялись сегмен­ты программы и сегменты данных. Система позволяла работать как с именованны­ми, так и с неименованными сегментами. Имена разделяемых сегментов данныхимели ту же форму, что и имена файлов. Процессы получали доступ к именован­ным разделяемым сегментам, используя их имена в специальных системных вызо­вах.

Операционная система OS/2 v. 1 допускала разделение программных сегмен­тов приложений и подсистем, а также глобальных сегментов данных подсистем.Вообще, вся концепция системы OS/2 была построена на понятии разделенияпамяти: процессы почти всегда разделяют сегменты с другими процессами. В этомсостояло существенное отличие системы OS/2 от систем типа UNIX, которыеобычно разделяют только реентерабельные программные модули между процес­сами.Сегменты, которые активно не использовались, могли выгружаться на жесткийдиск. Система восстанавливала их, когда в этом возникала необходимость. Так каквсе области памяти, используемые сегментом, должны были быть непрерывными,OS/2 перемещала в основной памяти сегменты таким образом, чтобы максимизи­ровать объем свободной физической памяти.

Такое переразмещение сегментовназывается уплотнением памяти (компрессией). Программные сегменты не вы­гружались, поскольку они могли просто перезагружаться с исходных дисков. Об­ласти в младших адресах физической памяти, которые использовались для запус­ка DOS-программ и кода самой OS/2, в компрессии не участвовали. Кроме того,система или прикладная программа могла временно фиксировать сегмент в памя­ти с тем, чтобы гарантировать наличие буфера ввода-вывода в физической памятидо тех пор, пока операция ввода-вывода не завершится.Если в результате компрессии памяти не удавалось создать необходимое свобод­ное пространство, то супервизор выполнял операции фонового плана для пере­качки достаточного количества сегментов из физической памяти, чтобы дать воз­можность завершиться исходному запросу.Механизм перекачки сегментов использовал файловую систему для выгрузки дан­ных из физической памяти и обратно. Ввиду того что перекачка и компрессия вли­яли на производительность системы в целом, пользователь мог сконфигурироватьсистему'так, чтобы эти функции не выполнялись.OS/2 v.l начала создаваться в 1984 году и поступила в продажу в 1987 году.Сегментная, страничная и сегментно-страничная организация памяти9оБыло организовано в OS/2 и динамическое присоединение обслуживающих про­грамм.

Программы OS/2 используют команды удаленного вызова. Ссылки, гене­рируемые этими вызовами, определяются в момент загрузки самой программы илиее сегментов. Такое отсроченное определение ссылок называется динамическимприсоединением. Загрузочный формат модуля OS/2 представляет собой расшире­ние формата загрузочного модуля DOS. Он был расширен, чтобы поддерживатьнеобходимое окружение для свопинга сегментов с динамическим присоединени­ем. Динамическое присоединение уменьшает объем памяти для программ в OS/2,одновременно делая возможными перемещения подсистем и обслуживающих про­грамм без необходимости повторного редактирования адресных ссылок к приклад­ным программам.Страничный способ организациивиртуальной памятиКак уже упоминалось, при страничном способе организации виртуальной памятивсе фрагменты программы, на которые она разбивается (за исключением после­дней ее части), получаются одинаковыми.

Одинаковыми полагаются и единицыпамяти, которые предоставляются для размещения фрагментов программы. Этиодинаковые части называют страницами и говорят, что оперативная память раз­бивается на физические страницы, а программа — на виртуальные страницы. Частьвиртуальных страниц задачи размещается в оперативной памяти, а часть — во внеш­ней. Обычно место во внешней памяти, в качестве которой в абсолютном боль­шинстве случаев выступают накопители на магнитных дисках (поскольку ониотносятся к быстродействующим устройствам с прямым доступом), называют фай­лом подкачки, или страничным файлом (paging file). Иногда этот файл называютswap-файлом, тем самым подчеркивая, что записи этого файла — страницы — за­мещают друг друга в оперативной памяти.

Характеристики

Список файлов книги