Организация таблицы страниц – один из ключевых элементов отображения адресов в страничной и сегментно-страничной схемах.
Виртуальный адрес состоит из виртуального номера страницы и смещения. Номер записи в таблице страниц соответствует номеру виртуальной страницы. Размер записи колеблется от системы к системе, но чаще всего он составляет 32 бита. Из этой записи в таблице страниц находится номер кадра для данной виртуальной страницы, затем прибавляется смещение и формируется физический адрес. Помимо этого запись в таблице страниц содержит информацию об атрибутах страницы. Это биты присутствия и защиты (например, 0 – read/write, 1 – read only...). Также могут быть указаны: бит модификации, который устанавливается, если содержимое страницы модифицировано, и позволяет контролировать необходимость перезаписи страницы на диск; бит ссылки, который помогает выделить малоиспользуемые страницы; бит, разрешающий кэширование, и другие управляющие биты. Заметим, что адреса страниц на диске не являются частью таблицы страниц.
Для того чтобы избежать размещения в памяти огромной таблицы, ее разбивают на ряд фрагментов. В оперативной памяти хранят лишь некоторые, необходимые для конкретного момента исполнения фрагменты таблицы страниц. В силу свойства локальности число таких фрагментов относительно невелико. Выполнить разбиение таблицы страниц на части можно по-разному. Наиболее распространенный способ разбиения – организация так называемой многоуровневой таблицы страниц. Наличие нескольких уровней, естественно, снижает производительность менеджера памяти. Несмотря на то что размеры таблиц на каждом уровне подобраны так, чтобы таблица помещалась целиком внутри одной страницы, обращение к каждому уровню – это отдельное обращение к памяти. Таким образом, трансляция адреса может потребовать нескольких обращений к памяти.
Количество уровней в таблице страниц зависит от конкретных особенностей архитектуры. Можно привести примеры реализации одноуровневого (DEC PDP-11), двухуровневого (Intel, DEC VAX), трехуровневого (Sun SPARC, DEC Alpha) пейджинга, а также пейджинга с заданным количеством уровней (Motorola).
Типичный набор средств аппаратной поддержки ОС, в который входят следующие компоненты:
1. средства поддержки привилегированного режима;
2. средства трансляции адресов;
3. средства переключения процессов;
4. система прерываний;
5. системный таймер;
6. средства защиты областей памяти.
38. Понятие файловой системы. Функции и назначение файловой системы файловая система(FAT,VFAT,FAT32,HPFS,HTFS)- это набор спецификаций и соответствующее им программное обеспечение, которые отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управлением ресурсами, которые используются файлами. В операционных системах файловая система относится к основным понятиям и определяется как общая система, которая устанавливает правила присвоения имен файлам, хранение, организацию и обработку файлов на носителях информации. Таким образом, файловая система – это часть операционной системы, которая обеспечивает запись и чтение файлов на носителях информации (внешних ЗУ), т. е. представляет пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на ЗУ. Основные функции файловой системы
1. Идентификация файлов. Связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти.
2. Распределение внешней памяти между файлами.
3. Обеспечение надежности и отказоустойчивости.
4. Обеспечение защиты от несанкционированного доступа.
5. Обеспечение совместного доступа к файлам, так чтобы пользователю не приходилось прилагать специальных усилий по обеспечению синхронизации доступа.
6. Обеспечение высокой производительности.
39. Понятие файла. Основные свойства и характеристики файла Файл — именованная область данных на носителе информации.
Свойства и характеристики файлов:
· Имя файла
· Расширение имени файла
· Тип файла
· Размер
· Основные атрибуты(Readonly,system)
· Время
· Владелец и группа файла
· Права доступа
40. Понятие директории. Реализация директории. Корневая директория.
Каталог(директория) - это поименованная группа файлов, объединённых по кокому-либо признаку. Основная задача создания каталогов — обеспечить пользователю удобное размещение файлов на диске и, следовательно, обеспечить наибольший комфорт в работе с ними. Каталог — поименованная совокупность байтов на носителе информации, содержащая название подкаталогов и файлов. Как правило, под корневой директорией подразумевается папка, в которой находятся файлы, которые отвечают за работу программы, сайта или компьютера. Корневая директория – это главная папка в иерархии и выше нее ничего нельзя разместить.
50.Сообщения как механизм межпроцессного взаимодействия.
Термин «разделяемая память» точно соответствует своему названию: резервируется область памяти и к ней предоставляется доступ набору процессов. Поскольку это касается и вопросов взаимодействия, и вопросов управления памятью, в настоящем разделе упоминается материал, приведенный ранее в этой главе, а также материал главы 8.
Разделяемая память по своему быстродействию намного превосходит два других механизма взаимодействия между процессами, рассматриваемые в этой главе, и она проще в использовании: процесс после ее приобретения рассматривает ее просто как обычную память. Изменения, записанные в разделяемую память одним процессом, сразу же становятся очевидными для всех других процессов — они могут просто выполнить чтение через указатель, который указывает на пространство разделяемой памяти, а там, как по взмаху волшебной палочки, уже находится новое значение. Однако в разделяемой памяти типа System V нет встроенного способа обеспечения взаимного исключения: может оказаться, что один процесс пишет по данному адресу в области разделяемой памяти одновременно с тем, как другой процесс читает по тому же адресу, в результате чего программа чтения получает противоречивые данные. Эта проблема наиболее серьезна для компьютеров с симметричной мультипроцессорной архитектурой, но она может возникать и на однопроцессорных компьютерах: например, когда программа записи потеряет управление и перейдет в неактивное состояние в ходе записи какой-то крупной структуры в пространство разделяемой памяти, а программа чтения выполнит чтение из разделяемой памяти до того, как программа записи получит возможность закончить запись.
В результате, в процессах, использующих разделяемую память, нужно что-то предусмотреть для обеспечения тщательного отделения операций чтения от операций записи (и, если подумать, операций записи друг от друга). Исчерпывающее описание блокировок и связанных с ними понятий атомарных операций приведено в следующей главе. Но нам уже известен способ обеспечения взаимоисключающего доступа к области разделяемой памяти: применение семафоров. Идея состоит в приобретении семафора, доступе к области памяти, выполнении всех запланированных действий, а затем освобождении семафора после выполнения этой работы.
Разделяемая память может применяться в основном в таких же целях, как и очереди сообщений: процесс планировщика может записывать запрос на выполнение работы в одной части области разделяемой памяти, а рабочие процессы могут записывать результаты в другой части. Это значит, что общее пространство для запросов и результатов должно быть заранее разграничено приложением, но планирование и запись результатов выполняются быстрее по сравнению с очередями сообщений.
Область разделяемой памяти не обязана выглядеть для каждого процесса как имеющая один и том же адрес. Если и процесс А, и процесс В используют одну и ту же область разделяемой памяти, процесс А может обращаться к ней по одному адресу, а процесс В — по другому. Безусловно, каждая страница области разделяемой памяти будет отображена не более, чем на одну физическую страницу. Механизмы виртуальной памяти, описанные в предыдущей главе, просто применяют разные преобразования к логическим адресам каждого процесса.
В коде ядра области разделяемой памяти называются сегментами, то есть применяется та же терминология, которая иногда ошибочно применяется к областям VMA. Только для того, чтобы предотвратить какую-либо путаницу, отметим, что это — неформальное применение данного слова; оно не относится к сегментам, поддерживаемым на уровне аппаратного обеспечения (MMU), которые описаны в главе 8. Автор будет и далее использовать термин «область», чтобы избежать этой путаницы.
51. Сообщения как механизм межпроцессного взаимодействия.
В информатике обмен сообщениями является формой связи, используемой в параллельных вычислениях, объектно-ориентированном программировании и взаимодействии процессов. Сообщение реализуется путём посылки пакетов информации получателям, которые могут означать множество вещей: вызов функций, сигналы, данные. Данный метод широко используется во всевозможных системах с параллелизмом для координации действий.
В микроядерных операционных системах он используется для обмена информацией между одним из ядер и одним или более исполняющих блоков.
Распределённые системы доступа к объектам и удалённого вызова методов, вида ONC RPC, CORBA, RMI, DCOM, SOAP, .Net_Remoting, QNX Neutrino RTOS,OpenBinder, D-Bus и им подобные являются системами обмена сообщениями. Этот термин также используется в высокомощных вычислениях и интерфейсе передачи сообщений MPI.
Системы обмена сообщениями являются закрытыми, так как их абстракция прячет все изменения состояний, которые могут быть использованы в реализации отсылки сообщений.
Языки программирования, базирующиеся на этой модели, обычно определяют передачу сообщения, как посылку (обычно асинхронную; являющуюся копией) элемента данных конечному получателю (актору, процессу, потоку, сокету и т. д.). Такой обмен используется SOAP в веб-сервисах. Эта концепция является высокоуровневой версией датаграмм, за исключением того, что сообщения могут быть больше по размерам, чем пакет, и могут быть сделаны надёжными, стойкими, безопасными и при желании и могут быть охвачены механизмом транзакций.
Сообщения также часто используются в том же смысле, что и межпроцессное взаимодействие; другой широкораспространённой техникой являются потоки иконвейеры, в которых информация посылается как последовательность простейших элементов данных (высокоуровневая версия виртуального канала).
ООП
В терминах некоторых объектно-ориентированных языков программирования сообщение — это единственный путь передать управление объекту. Если объект должен «отвечать» на это сообщение, то у него должен быть метод, соответствующий данному сообщению.
В чистом объектно-ориентированном программировании обмен сообщениями реализуется только с помощью динамических вызовов.
Посылка одного и того же сообщения объекту дважды обычно вызывает и двойное применение объектом метода. Сообщения называются одинаковыми, если их имена и аргументы одинаковы.
Объекты могут посылать сообщения другим объектам, используя свои методы.
Обмен сообщениями приводит к чрезвычайно позднему связванию (англ. extreme late binding).
Алан Кэй утверждает[1], что обмен сообщениями между объектами — это концепция более важная, чем сами объекты, хотя люди часто это не понимают и уделяют слишком много внимания самим объектам и недостаточно — сообщениям, которыми они обмениваются.
52. Механизм межпроцессного взаимодействия «общая память».
В модели программирования с общей памяти, все процессы совместно используют общее адресное пространство, к которому они асинхронно обращаются с запросами на чтение и запись. В таких моделях для управления доступом к общей памяти используются всевозможные механизмы синхронизации типа семафоров и блокировок процессов. Преимущество этой модели с точки зрения программирования состоит в том, что понятие собственности данных (монопольного владения данными) отсутствует, следовательно, не нужно явно задавать обмен данными между производителями и потребителями. Эта модель, с одной стороны, упрощает разработку программы, но, с другой стороны, затрудняет понимание и управление локальностью данных, написание детерминированных программ. В основном эта модель используется при программировании для архитектур с общедоступной памятью.
53. Механизм межпроцессного взаимодействия «пайп».
В программировании именованный канал или именованный конвейер (англ. named pipe) — один из методовмежпроцессного взаимодействия, расширение понятия конвейера в Unix и подобных ОС. Это понятие также существует и в Microsoft Windows, хотя там его семантика существенно отличается. Традиционный канал — «безымянен», потому что существует анонимно и только во время выполнения процесса. Именованный канал — существует в системе и после завершения процесса. Он должен быть «отсоединён» или удалён когда уже не используется. Процессы обычно подсоединяются к каналу для осуществления взаимодействия между ними.
В Windows дизайн именованных каналов смещён к взаимодействию «клиент-сервер», и они работают во многом как сокеты: помимо обычных операций чтения и записи, именованные каналы в Windows поддерживают явный «пассивный» режим для серверных приложений (для сравнения: Unix domain socket). Windows 95поддерживает клиенты именованных каналов, а системы ветви Windows NT могут служить также и серверами.
К именованному каналу можно обращаться в значительной степени как к файлу. Можно использовать функции Windows API CreateFile, CloseHandle, ReadFile, WriteFile, чтобы открывать и закрывать канал, выполнять чтение и запись. Функции стандартной библиотеки Си такие как fopen, fread, fwrite и fclose, тоже можно использовать, в отличие от сокетов Windows (англ.), которые не реализуют использование стандартных файловых операций в сети. Интерфейс командной строки (как в Unix) отсутствует.
Именованные каналы — не существуют постоянно и не могут, в отличие от Unix, быть созданы как специальные файлы в произвольной доступной для записи файловой системе, но имеют временные имена (освобождаемые после закрытия последней ссылки на них), которые выделяются в корне файловой системы именованных каналов (англ. named pipe filesystem, NPFS) и монтируются по специальному пути «\\.\pipe\» (т. е. у канала под названием «foo» полное имя будет «\\.\pipe\foo»). Анонимные каналы, использующиеся в конвейерах — это на самом деле именованные каналы со случайным именем.
Именованные каналы обычно не доступны непосредственно пользователю, но есть существенные исключения. Например, средство виртуализации рабочих станцийVMWare может открывать эмулируемый последовательный порт для главной системы как именованный канал, а отладчик уровня ядра kd от Microsoft поддерживает именованные каналы в качестве средства сообщения при отладке (фактически, так как kd обычно требует подключения к целевому компьютеру по последовательному порту, VMware и kd можно соединить вместе для отладки драйверов устройств на одном компьютере). Обе программы требуют от пользователя указания имён канала в виде «\\.\pipe\имя».
Именованные каналы в Windows NT могут наследовать контекст безопасности.
54. Механизм межпроцессного взаимодействия «сокет».
Со́кеты (англ. socket — разъём) — название программного интерфейса для обеспечения обмена данными между процессами. Процессы при таком обмене могут исполняться как на одной ЭВМ, так и на различных ЭВМ, связанных между собой сетью. Сокет — абстрактный объект, представляющий конечную точку соединения.
Следует различать клиентские и серверные сокеты. Клиентские сокеты грубо можно сравнить с оконечными аппаратами телефонной сети, а серверные — скоммутаторами. Клиентское приложение (например, браузер) использует только клиентские сокеты, а серверное (например, веб-сервер, которому браузер посылает запросы) — как клиентские, так и серверные сокеты.
Интерфейс сокетов впервые появился в BSD Unix. Программный интерфейс сокетов описан в стандарте POSIX.1 и в той или иной мере поддерживается всемисовременными операционными системами.
