При работе с DLL несколько программ могут использовать одну ее копию в памяти.
Динамическое распределение памяти, оверлейные программы. Общая структура объектного модуля.
Стандартный исполняемый псевдоперемещаемый модуль (например, типа EXE для DOS) содержит сегменты в том виде, в котором они будут размещены в памяти. Такое распределение памяти называется статическим. В ситуации нехватки памяти, отдельный код или данные, которые могут быть нужны не все вместе, а по очереди, разумнее было бы подгружать в память в процессе выполнения. Выделение памяти под выполняемый код в процессе работы программы и удаление их после использования называется динамическим распределением памяти. Программы, содержащие динамически подгружаемые модули, называются оверлейными, а сами такие модули – оверлеями. Загрузка данных из модуля в общем случае не представляет проблем, в случае загрузки кода перед выполнением он должен быть особым образом подготовлен (например, с учетом местоположения вызывающей программы в памяти для подпрограмм должны быть образованы правильные ссылки). Такую подготовку выполняет специальная программа – менеджер оверлеев. Он может поставляться, а) как библиотека компилятора [в BorlandPascal 7.0]. В этом случае оверлейный модуль, как правило, имеет какой-то свой специфический формат, работа с ним ведется с помощью стандартных подпрограмм. Код оверлейных подпрограмм и данных размещается в памяти [в BP буфер оверлеев имеет плавающую границу с кучей] и по окончании работы с ним может быть удален. б) Может быть внедрен в структуру оверлейного модуля. В этом случае модуль имеет формат исполняемого файла, и для инициализации он должен быть запущен стандартным для ОС способом из-под вызывающей программы.
Оверлеи имеют широкое распространение в системе MS-DOS, при подгрузке используется не только основная память, но и DOS-спецификации расширенной: XMS, EMS. В развитых многозадачных системах используется, в основном, очень похожая технология DLL. Ее отличие в том, что она функционирует в защищенном режиме и позволяет использовать одну свою копию в памяти разным программам. DLL можно рассматривать как следущее поколение оверлейной технологии.
Основные функции ОС. Принципы мультипрограммирования. Системные ресурсы.
Основные функции ОС:
1) Управление процессором путем передачи управления программам.
2) Обработка прерываний, синхронизация доступа к ресурсам.
3) Управление памятью.
4) Управление устройствами ввода-вывода.
5) Управление инициализацией программ, межпрограммные связи.
6) Управление данными на долговременных носителях путем поддержки файловой системы.
Ресурс – какой-либо объект или показатель надежности какого-либо объекта. Системные ресурсы – совокупность аппаратных ресурсов и системных сервисов. Основными потребителями системных ресурсов являются процессы, выполняемые в системе.
Защита программ и данных в мультипрограммных средах. Режимы управления. Защита и распределение памяти.
Защита программ и данных в многозадачных ОС означает малую вероятность того, что сбой одной из выполняющихся программ не вызовет повреждения данных или кода других программ, и по возможности изолировать процессы друг от друга. Во всех ОС сущ. хотя бы 2 режима процессора – системный и пользовательский. Программа исп. в пользовательском режиме и не может использовать ряд команд. В системном режиме доступно все. Переключение режимов работы осуществляется системными вызовами. Системный вызов – специальная команда, приводящая к прерыванию, и в ядре ОС существует несколько точек, куда перейдет управление по этому прерыванию. 386 имеет встроенный механизм для этих переключений – шлюз.
Защита памяти – осуществляется путем блокировки доступа к памяти других процессов, а также блокировки доступа к памяти ядра. Один из способов – вся память делится на страницы, и у каждой есть замок – 4-битовый признак, который можно установить только привелигированной командой. В процессоре есть 4-битовый регистр – ключ, который также можно установить только привелигированной командой. При обращении происходит сравнение замка и ключа.
С появлением многозадачности появилась проблема распределения памяти. При работе реальной программы обращения к ОП имеют тенденцию к локализации. Память можно разделить на используемую и неиспользуемую. Чтобы отследить использование области памяти, всю ОП можно разбить на страницы фиксированного размера (4К) и с каждой страницей связать бит, который устанавливать при обращении к данной странице.
Управление ЦП – фоновая обработка, пактная обработка, прерывания.
Общая схема функционирования ОС – супервизор, диспетчер, планировщик. Виртуализация.
Супервизор – программа многозадачной ОС, обеспечивающая наилучшее использование ресурсов ЭВМ при одновременном выполнении нескольких задач.
Планировщик – программа, выполняющая алгоритм планирования процессов. Планирование очередности предоставления выполняющимся процессам времени центрального процессора (диспетчеризация). Процессы работают с центральным процессором в режиме разделения времени.
Виртуальная память и способы ее реализации. Страничная память. Свопинг.
Виртуальная память отличается от обычной ОП тем, что какие-то ее редко используемые фрагменты могут находиться на диске и подгружаться в реальную ОП по мере необходимости. Такая организация памяти позволяетс снять ограничение, накладываемое объемом физической памяти, установленной на ЭВМ. Для реализации ВП используют, например, динамическю переадресацию. Сегментом в терминах ВП называется область памяти из 2Lстраниц. Вначале по номеру в таблице сегментов отыскивается сегмент. Таблица сегментов содержит начальный адрес таблицы страниц. Вторая часть адреса используется для обращения в эту таблицу, и по ней находится физический адрес данной страницы. Результаты поизка по таблицам запоминаются в быстродействующем ассоциативном ЗУ, называемом TLB. Наиболее часто употребляемые адреса откладываются в TLB и поэтому 98-99% обращений к памяти идут без просмотра таблиц.
Страничная организация памяти – организация, при которой адресное пространство памяти разбивается на малые участки – страницы. Используется для управления памятью в системах, работающих в защищенном режме. Как правило, такая организация памяти подразумевает пейджинг – механизм виртуальной памяти, при котором страницы вытесняются на диск и подкачиваются с диска.
Свопинг – алгоритм реализации виртуальной памяти. Его можно разбить на три части: управление пространством на устройстве выгрузки, выгрузка процессов из основной памяти и подкачка процессов в основную память. В качестве устройства выгрузки используют раздел на устройстве типа жесткого (swap-partition) или дисковый файл (swap-file) на таком устройстве.
Системная архитектура 80386: сегментирование, страничная организация, средства авторизации и защиты.
Возможности 80386 полностью раскрываются, когда он работает в защищенном режиме. В этом режиме адресное пространство расширяется до 4Т, а виртуальное – до 64Т. 80386 использует сегментацию – один из методов управления памятью. Сегменты – самостоятельные области памяти, имеющие собственные атрибуты. В сегменте м.б. код программы или данные. Вся информация о сегменте запоминается в спец. структуре, наз. дескриптором. Дескрипторы используются аппаратно и не доступны из программ. Межсегментные вызовы в 80386 происходят с учетом защиты. Помимо сегментации, 80386 поддерживает другой вид организации памяти – страничную организацию. Страницы – это малые блоки памяти одинакового размера, не имеющие логической связи со структурой программ. Они используются в основном на уровне ОС. Страницы могут подкачиваться с диска и вытесняться на диск (пейджинг).
В 80386 есть режим виртуального 8086 – режим, эмулирующий 8086 в защищенном режиме, при котором у каждого пользователя многозадачной системы создается иллюзия монопольного владения ресурсами машины.
80386 поддерживает 4-уровненвую систему защиты, управление защитой осуществляется с помощью уровней привелигированности. Уровень привелигированности управляется привелигированными командами, командами ввода-вывода и доступом к сегментным дескрипторам.