Функции ОС по управлению памятью - раздел Образование, Экзаменационные вопросы по курсу Операционные системы Под Памятью (Memory) В Данном Случае Подразумевается Оперативная (Основная) П...
Под памятью (memory) в данном случае подразумевается оперативная (основная) память компьютера. В однопрограммных операционных системах основная память разделяется на две части. Одна часть - для операционной системы (резидентный монитор, ядро), а вторая - для выполняющейся в текущий момент времени программы. В многопрограммных ОС «пользовательская» часть памяти - важнейший ресурс вычислительной системы - должна быть распределена для размещения нескольких процессов, в том числе процессов ОС. Эта задача распределения выполняется операционной системой динамически специальной подсистемой управления памятью (memory management). Эффективное управление памятью жизненно важно для многозадачных систем. Если в памяти будет находиться небольшое число процессов, то значительную часть времени процессы будут находиться в состоянии ожидания ввода-вывода и загрузка процессора будет низкой.
В ранних ОС управление памятью сводилось просто к загрузке программы и ее данных из некоторого внешнего накопителя (перфоленты, магнитной ленты или магнитного диска) в ОЗУ. При этом память разделялась между программой и ОС. На рис. 3.3 показаны три варианта такой схемы. Первая модель раньше применялась на мэйнфреймахи мини-компьютерах. Вторая схема сейчас используется на некоторых карманныхкомпьютерах и встроенных системах, третья модель была характерна для ранних персональных компьютеров с MS DOS.
С появлением мультипрограммирования задачи ОС, связанные с распределением имеющейся памяти между несколькими одновременно выполняющимися программами, существенно усложнились.
Функциями ОС по управлению памятью в мультипрограммных системах являются:
· отслеживание (учет) свободной и занятой памяти;
· первоначальное и динамическое выделение памяти процессам приложений и самой операционной системе и освобождение памяти по завершении процессов;
· настройка адресов программы на конкретную область физической памяти;
· полное или частичное вытеснение кодов и данных процессов из О П на диск, когда размеры ОП недостаточны для размещения всех процессов, и возвращение их в ОП;
· защита памяти, выделенной процессу от возможных вмешательств со стороны других процессов;
· дефрагментация памяти.
Перечисленные функции особого пояснения не требуют, остановимся только на задаче преобразования адресов программы при ее загрузке в ОП.
Для идентификации переменных и команд на разных этапах жизненного цикла программы используются символьные имена, виртуальные (математические, условные,логические - все это синонимы) и физические адреса (рис. 3.4).
Символьные имена присваивает пользователь при написании программ на алгоритмическом языке или ассемблере. Виртуальные адреса вырабатывают транслятор, переводящий программу на машинный язык. Поскольку во время трансляции не известно, в какое место оперативной памяти будет загружена программа, то транслятор присваивает переменным и командам виртуальные (условные) адреса, считая по умолчанию, что начальным адресом программы будет нулевой адрес.
Физические адреса соответствуют номерам ячеек оперативной памяти, где в действительности будут расположены переменные и команды.
Совокупность виртуальных адресов процесса называется виртуальным адресным пространством. Диапазон адресов виртуального пространства у всех процессов один и тот же и определяется разрядностью адреса процессора (для Pentium адресное пространство составляет объем, равный 232байт, с диапазоном адресов от 0000.000016до FFFF.FFFF16).
Существует два принципиально отличающихся подхода к преобразованию виртуальных адресов в физические.
В первом случае такое преобразование выполняется один раз для каждого процесса во время начальной загрузки программы в память. Преобразование осуществляет перемещающий загрузчик на основании имеющихся у него данных о начальном адресе физической памяти, в которую предстоит загружать программу, а также информации, предоставляемой транслятором об адресно-зависимых элементах программы.
Второй способ заключается в том, что программа загружается в память в виртуальных адресах. Во время выполнения программы при каждом обращении к памяти операционная система преобразует виртуальные адреса в физические.
Все темы данного раздела:
Исследование объекта как системы, признаки сложности системы
Объектом познания является часть реального мира, которая выделяется и воспринимается как единое целое в течение длительного времени.
Объект может быть материальным или абстрактным, естеств
Факторные подсистемы сложных систем, принципы системного подхода.
Сложные системы можно подразделить на следующие факторные подсистемы:
1) решающую, которая принимает глобальные решения во взаимодействии с внешней средой и распределяет локальные задания
Архитектура процессора с точки зрения программиста
Для программиста любой процессор состоит из набора регистров памяти различного назначения, которые определенным образом связаны между собой и обрабатываются в соответствии с некоторой системой прав
Основные этапы эволюции вычислительных систем
Существуют различные классификации ВС. Наиболее часто они классифицируются по элементной базе. В соответствии с этой классификацией в эволюции ВС выделяются 4 этапа:
1. Первый период (1945
ОС в иерархической структуре программного и аппаратного обеспечения компьютера (внешняя среда ОС)
Иерархическая структура программно-аппаратных средств компьютера:
Существует большое разнообразие ОС,
Организация эффективного использования ресурсов компьютера. Облегчение процессов эксплуатации аппаратных и программных средств вычислительной системы
К числу основных ресурсов современных ОС можно отнести процессоры, ОЗУ, таймеры, наборы данных, диски, накопители на магнитных лентах, принтеры, сетевые устройства и т.д. Ресурсы должны быть распре
Возможности развития ОС, требования к ОС, средства аппаратной поддержки ОС
Необходимость развития обусловлена следующими причинами:
¾ обновление и возникновение новых видов аппаратного обеспечения
¾ появление новых сервисов (для удовлетворе
Основные принципы разработки архитектуры ОС
Архитектура – это базовая организация системы, воплощенная в ее компонентах, их отношениях между собой и с окружением, а также принципы, определяющие проектирование и развитие системы [IEE[1471] .
Монолитная архитектура ОС
В монолитной архитектуре ОС уже присутствует некая структурированность, которая определяется набором процедур.
Здесь каждая процедура имеет хорошо определенный интерфейс и может вызвать лю
Многоуровневая архитектура ОС
Многоуровневая архитектура появилась в ответ на ограничения монолитной архитектуры в плане расширяемости, переносимости и совместимости.
Основная ее идея состоит в следующем:
1. П
Понятие процесса, состояния процесса, модель процесса
Процесс является фундаментальным понятием, отражающим функционирование ОС. По своей сути это динамический объект, над которым ОС выполняет определенные действия.
Рассмотрим модели процессо
Планирование процессов. Уровни планирования
Процессы – деятельность ОС. Одной из составляющих процессов являются ресурсы. Они ограничены. Поскольку процессов много, необходимо организовать координацию их использования. Кроме того, процессы –
Критерии планирования и требования к алгоритмам
Понятно, что могут существовать различные алгоритмы планирования. И хотелось бы, чтобы они были универсальны, но реально этого не происходит. Чаще всего тот или иной алгоритм подходит к определенно
Параметры планирования
При планирование ОС опирается на два класса параметров объекта. Первый класс отражает статистические параметры, второй – динамические. Статистические параметры не изменяются в ходе функционирования
Вытесняющее и невытесняющее планирование
Процесс планирования осуществляется частью ОС, называемой планировщиком. Он может принимать решения о выборе для исполнения нового процесса из числа находящихся в состоянии готовность в следующих 4
Алгоритм планирования процессов First-Come, First-Served (FCFS)
Реально существует множество разнообразных алгоритмов планирования. Каждый из них эффективен для определенного класса задач.
Существуют алгоритмы, которые можно применять на различных уров
Алгоритм планирования процессов Round Robin (RR)
Отмеченные недостатки устраняются в следующем алгоритме: Round Robin (RR).
В целом он похож на предыдущий алгоритм, но дополнительно вводится механизм вытесняющего планирования.
Алгоритм планирования процессов Shortest-Job-First (невытесняющий)
При рассмотрении алгоритмов FCFS и RR мы видели, насколько существенным для них является порядок расположения процессов в очереди процессов, готовых к исполнению. Если короткие задачи расположены в
Алгоритм планирования процессов Shortest-Job-First (вытесняющий)
При вытесняющем SJF-планировании учитывается появление новых процессов в очереди готовых к исполнению (из числа вновь родившихся или разблокированных) во время работы выбранного процесса.
Многоуровневые очереди в планировании процессов (без обратной связи и с обратной связью)
(Multilevel Queue)
Для систем, в которых процессы могут быть легко рассортированы по
Потоки. Мультипрограммирование на уровне потоков
Чтобы поддерживать мультипрограммирование (многозадачность), ОС должна определить и оформить для себя те внутренние единицы работы, между которыми будет разделяться процессор и другие ресурсы компь
Общие характеристики связи между процессами
* направление связи.
Связь бывает однонаправленная (симплексная) и двунаправленная (полудуплексная для поочередной передачи информации и дуплексная с возможностью одновременной передачи да
Семафоры, мьютексы. Использование семафоров для синхронизации процессов
Обобщением блокирующих переменных являются так называемые семафоры Дийкстры.
Вместо двоичных переменных Дийкстра (Dijkstra) предложил использовать переменные, которые могут принимать целые
Организация физической памяти компьютера
Со времен создания ЭВМ фон Неймана основная память в компьютерной системе организована как линейное (одномерное) адресное пространство, состоящее из последовательности слов, а позже байтов. Аналог
Виртуальная память
Объем оперативной памяти существенно сказывается на характере протекания вы-
числительного процесса, так как он ограничивает число одновременно выполняющихся
программ, т. е. урове
Методы структуризации виртуального адресного пространства
Большинство систем виртуальной памяти используют технику, называемую страничной организацией памяти. Любой процесс, реализуемый в компьютере, может обратиться к множеству адресов в памяти. Адреса м
Страничная организация виртуальной памяти
При страничной организации виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами (Virtual
Сегментация виртуальной памяти
При страничной организации виртуальное адресное пространство делится на равные части механически без учета смыслового значения данных. Для многих задач наличие двух и более отдельных виртуальных ад
Программная поддержка механизмов виртуальной памяти
52. Общая характеристика устройств ввода – вывода
Внешние устройства, выполняющие операции ввода-вывода, можно разделить на три группы:
· устройства, работающие с
Назначение и задачи подсистемы ввода-вывода
Обмен данными между пользователями, приложениями и периферийными устройствами компьютера выполняет специальная подсистема ОС - подсистема ввода-вывода. Собственно для выполнения этой задачи и был
Драйверы устройств ввода вывода
Первоначально термин «драйвер» применялся в достаточно узком смысле; под драйвером понимается программный модуль, который:
· входит в состав ядра ОС, работая в привилегированном режиме;
Многослойная модель подсистемы ввода-вывода
При большом разнообразии устройств ввода-вывода, обладающих существенно различными характеристиками, иерархическая структура подсистемы ввода-вывода позволяет соблюсти баланс между двумя противоре
Архитектура файловой системы
Классическая схема организации программного обеспечения файловой системы представлена на рис.
Логическая организация файлов
Логический ввод-вывод предоставляет приложениям и пользователям доступ к записям.
Метод доступа
Наиболее близкий пользователю уровень файловой системы. Он обеспечивает стандартный
Каталоговые системы
Связующим звеном между системой управления файлами и набором файлов служит файловый каталог. Простейшая форма системы каталогов состоит в том, что имеется один каталог, в котором содержатся все ф
Физическая организация файловой системы
Информационная структура магнитных дисков
Представление пользователей о файловой системе как об иерархически организованном множестве информационных блоков имеет мало общего с порядком хр
S – номер сектора
На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические кольца дорожки (tracks), на которых хранятся данные. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к
Физическая организация и адресация файла
Физическая организация выделяет способ размещения файлов на диске и учет соответствия блоков диска файлам. Основными критериями эффективности физической организации файлов являются:
Физическая организация FAT
Для обеспечения доступа приложений к файлам операционная система с файловой системой FAT использует следующие структуры:
· загрузочные сектора главного и дополнительных разде
Основные этапы развития операционных систем корпорации Microsoft.
Операционные системы корпорации Microsoft для настольных и переносныхкомпьютеров можно разделить на три семейства: MS DOS, Consumer Windows (Windows95/98/Me) и Professional (Windows NT/2000/2003/.
Общая характеристика структуры ОС Windows 2000,основные изменения в ней по сравнению с ОС Windows NT.
Операционная система 2000 состоит из двух основных частей: самой операционной системы, работающей в режиме ядра, и подсистем окружения, работающих в режиме пользователя. Ядро является
Основные функции, выполняемые уровнем HAL ОС Windows 2000.
Над уровнем HAL располагается уровень, содержащий ядро ОС, а также драйверы устройств. Существуют четыре вида драйверов: (1) аппаратных средств, (2) файловойсистемы, (3) фильтров и (4) сетевых уст
Общая характеристика исполняющей подсистемы ОС Windows 2000.
Над ядром и драйверами устройств располагается исполняющая система. Она написана на языке С, не зависит от архитектуры машины и может быть перенесена на новые машины относительно просто. Исп
Основные особенности файловой системы NTFS 5 по сравнению с предыдущими файловыми системами Microsoft.
Файловая система NTFS была полностью разработана заново и достаточно сложна. Каждый том NTFS (т. е. дисковый раздел) содержит файлы, каталоги, битовые массивы и другие структуры данных. Каждый том
Средства достижения безопасности в ОС Windows 2000
ОС Windows NT была разработана так, чтобы соответствовать уровню С2 требований безопасности Министерства обороны США (DoD 5200.28 - STD) [37]. Этот стандарт требует наличия у операционных систем оп
Основные принципы работы шифрующей файловой системы в ОС Windows 2000
Файловая система NTFS поддерживает прозрачное сжатие файлов. Файл может быть создан в сжатом режиме. Это значит, что файловая система NTFS будет автоматически пытаться сжать блоки этого файла при з
Набор API для Win 32.
Этот набор интерфейсов прикладного программирования позволяет выполнять шифрование файлов, дешифрование и восстановление зашифрованных файлов, а также их импорт и экспорт (без предварительного деши
Новости и инфо для студентов