Связное распределение памяти при мультипрограммной обработке - раздел Информатика, Операционная система, процессы, оборудование При Мультипрограммной Обработке В Памяти Компьютера Размещается Сразу Несколь...
При мультипрограммной обработке в памяти компьютера размещается сразу несколько заданий. Распределение памяти между заданиями в этом случае может быть выполнено следующими способами:
· распределение фиксированными разделами;
· распределение переменными разделами;
· распределение со свопингом.
Распределение фиксированными разделами имеет две модификации:
а) с загрузкой программ в абсолютных адресах;
б) с загрузкой перемещаемых модулей.
При загрузке перемещаемых модулей вся оперативная память машины разбивается на некоторое количество разделов фиксированного размера. Размеры разделов могут не совпадать. В каждом разделе может быть размещено только одно задание.
В случае загрузки программ в абсолютных адресах при их подготовке указывается начальный адрес загрузки программ, совпадающий с начальным адресом раздела, в котором эта программа будет выполняться.
В случае загрузки перемещаемых модулей раздел, в котором будет размещено задание, либо автоматически определяется операционной системой в соответствии с реализованной в нем стратегией выбора раздела (“первый подходящий”, “самый подходящий”, “самый неподходящий”), либо указывается операционной системе специальными командами языка управления заданиями.
В обоих случаях задание монопольно владеет всем объемом оперативной памяти раздела, в который оно было помещено операционной системой.
Коэффициенты использования памяти при распределении с фиксированными разделами вычисляется по формулам:
(4.3)
(4.4)
где h СMi - коэффициент использования памяти i-го раздела; VОi - размер i-го раздела; VПi - длина программы, помещенной в i-ый раздел; NФ - количество разделов; VО - общий объем оперативной памяти, доступной для распределения.
Основным недостатком распределения памяти фиксированными разделами является неэффективное использование ресурсов вычислительной системы из-за возможного появления длинных очередей заданий, ожидающих освобождения конкретного раздела в то время, как остальные разделы пусты. Подобная ситуация изображена на рис. 4.3. Задания, ожидающие освобождения раздела С, могли бы разместиться и в разделах А или В, однако операционная система не позволяет им это сделать, т.к. в управляющей информации указан конкретный раздел, в котором эти задания должны выполняться - раздел С.
Способ распределения памяти фиксированными разделами используется в операционных системах ОС ЕС и IBM/360 в режиме MFT, в котором загрузка программ выполняется перемещаемыми модулями.
Защита памяти при распределении фиксированными разделами выполняется аналогично защите памяти для одного пользователя, только теперь необходимо наличие нескольких граничных регистров - по два регистра на каждый раздел. В одном из граничных регистров указывается нижняя граница раздела, а во втором - его верхняя граница. Если программа пользователя пытается обратиться к данным, расположенным вне области адресов данного раздела, то вырабатывается прерывание по защите памяти.
В мультипрограммных системах с фиксированными разделами наблюдается явление фрагментации памяти.
Фрагментация памяти - появление в памяти вычислительной машины чередования занятых и незанятых (свободных) участков оперативной памяти.
При распределении фиксированными разделами появление фрагментации обусловлено тем, что либо задания пользователей не полностью занимают выделенные им разделы, либо часть разделов остается незанятой.
На рис.4.4. показано проявление фрагментации оперативной памяти.
Уровень фрагментации можно оценить коэффициентом фрагментации Kф, вычисляемый по формуле
(4.5)
где Vдi - размер i-ой “дыры”, т.е. i-го участка свободной памяти, ограниченного программами пользователей; NД - количество “дыр”, т.е. участков свободной памяти, лежащих между программами пользователей; Vo - объем оперативной памяти, доступной для распределения.
Фрагментация памяти представляет собой нарушение односвязности пространства свободной памяти ЭВМ, что приводит к снижению эффективности использования памяти как одного из основных ресурсов вычислительной машины.
Распределение памяти переменными разделами предназначено для повышения эффективности использования оперативной памяти ЭВМ. Суть способа распределения памяти переменными разделами состоит в том, что заданиям, когда они поступают, выделяется такой объем памяти, который им требуется, т.е. размер раздела оперативной памяти, выделяемой каждому заданию, в точности соответствует размеру этого задания. Поэтому “перерасхода” памяти, как это происходит при распределении фиксированными разделами, в данном способе не наблюдается.
Имеется две модификации способа распределения переменными разделами:
· распределение переменными неперемещаемыми разделами;
· распределение переменными перемещаемыми разделами.
При распределении памяти переменными неперемещаемыми разделами (динамическими разделами) операционная система создает две таблицы: таблицу учета распределенных областей памяти и таблицу учета свободных областей памяти (“дыр”).
При поступлении очередного задания память для него отводится на этапе долгосрочного планирования, причем выделение памяти осуществляется по информации из таблицы учета “дыр” в соответствии с принятой в ОС стратегией размещения (“первый подходящий”, “самый подходящий”. “самый неподходящий”). При успешном распределении ОС корректирует обе таблицы - распределенных и свободных областей.
После окончания какого-либо задания занимаемый им участок памяти освобождается, и операционная система корректирует таблицу распределенных областей, вычеркивая из нее информацию о закончившемся задании, а также заносит в таблицу свободных областей данные о вновь появившейся “дыре”.
Рассмотрим следующий пример. Пусть начальное распределение памяти переменными разделами выполнено так, как показано в табл.4.1, 4.2 и на рис. 4.5а. После размещения заданий А, В, С и Д осталась свободная область такого размера, что ни одна из программ, продолжающих стоять в очереди, в эту область не помещается.
Таблица 4.1.Таблица распределенных областей
| Номер раздела,
ключ защиты
| Имя раздела
| Размер
| Адрес
| Состояние
|
|
| А
В
С
Д
Е
| 100К
200К
100К
400К
100К
| 50К
150К
350К
450К
850К
| Распределен
Распределен
Распределен
Распределен
Распределен
|
Таблица 4.2.Таблица свободных областей
| Номер свободной
области
| Размер
| Адрес
| Состояние
|
|
| 100К
| 950К
| Доступна
|
Предположим, что через некоторое время закончились задания А и С (см. рис.4.5б). Таблицы областей приобретают вид, показанный в табл. 4.3 и 4.4.
Таблица 4.3.Таблица распределенных областей: закончилось задание А
| Номер раздела,
ключ защиты
| Имя раздела
| Размер
| Адрес
| Состояние
|
|
| -
В
-
Д
Е
| -
200К
-
400К
100К
| -
150К
-
450К
850К
| Пусто
Распределен
Пусто
Распределен
Распределен
|
Таблица 4.4.Таблица свободных областей: закончилось задание А
| Номер свободной
области
| Размер
| Адрес
| Состояние
|
|
| 100К
100К
100К
| 100К
350К
950К
| Доступна
Доступна
Доступна
|
Можно видеть, что несмотря на наличие 274К свободной памяти, достаточной для размещения задания Е, стоящего первым в очереди, ОС не имеет возможности это сделать, т.к. свободная память разбита на два фрагмента по 100К каждый, в которых разместить программы, стоящие в очереди, невозможно. Этот пример иллюстрирует главный недостаток способа распределения переменными неперемещаемыми разделами - склонность к фрагментации основной памяти, что снижает эффективность работы вычислительной системы.
При распределении памяти переменными перемещаемыми разделами операционная система осуществляет действия, называемые уплотнением памяти, состоящими в перемещении всех занятых участков к одному или другому краю основной памяти. Благодаря этому вместо большого количества небольших “дыр”, образующихся при использовании распределения переменными неперемещаемыми разделами, формируется единый (связный) участок свободной памяти. На рис.4.5в показан результат уплотнения, когда находящиеся в основной памяти программы В, Д и Е перемещены на свободные участки после окончания работы программ А и С. Свободная память теперь представляет собой непрерывную область размером 274К, в которую ОС может поместить стоящее в очереди задание F. Этот процесс называют также дефрагментацией памяти.
Дефрагментация памяти, применяемая при распределении перемещаемыми разделами, имеет свои недостатки:
- требуются дополнительные затраты времени;
- во время уплотнения памяти система должна прекращать (приостанавливать) все другие работы, что зачастую может оказаться неприемлемым;
- необходимость перемещения заданий в памяти требует хранения значительного объема информации, связанной с размещением программ в памяти, что увеличивает требования к памяти со стороны ОС;
- при интенсивном потоке коротких программ может возникнуть необходимость частой дефрагментации памяти, так что затачиваемые на эти цели системные ресурсы могут оказаться неоправданными получаемой выгодой.
Распределение памяти со свопингом (от англ. swapping - подкачка) характеризуется тем, что в отличие от рассмотренных ранее способов распределения программы пользователей не остаются в основной памяти до момента их завершения. В простейшей системе со свопингом в каждый момент времени только одно задание пользователя находится в основной памяти и занимает ее до тех пор, пока оно может выполняться, а затем освобождает как память, так и центральный процессор для следующего задания. Таким образом, вся память целиком на короткий период выделяется одному заданию, затем в некоторый момент времени это задание выводится (выталкивается, т.е. осуществляется “откачка”), а очередное задание вводится (вталкивается, т.е. осуществляется “подкачка”). В обычном случае каждое задание, еще до своего завершения, будет много раз перекачиваться из внешней памяти в основную и обратно.
Для обеспечения свопинга во внешней памяти ОС создает один или несколько файлов подкачки, где хранятся образы оперативной памяти находящихся в работе заданий пользователей. Способ распределения памяти со свопингом применяется в простейших ОС, работающих в режиме разделения времени.
Все темы данного раздела:
Особенности аппаратных платформ
На свойства операционной системы непосредственное влияние оказывают аппаратные средства, на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают операционные системы персональных компьютеров, ми
Задачи и упражнения
1. Какие события в развитии технической базы вычислительных машин стали вехами в истории операционных систем?
2. В чем состояло принципиальное отличие первых мониторов пакетной обработки о
Лекция 3. АРХИТЕКТУРА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
Любая хорошо организованная сложная система имеет понятную и рациональную структуру, то есть разделяется на части - модули, имеющие вполне законченное функциональное назначение с че
Управление основной памятью
Память представляет собой большой массив слов или байт, каждый из которых имеет собственный адрес. Это хранилище данных, к которым обеспечивается быстрый доступ, распределенный между процессором и
Управление внешней памятью
Поскольку основная память (первичная память) энергозависима и слишком мала для размещения всех данных и программ постоянно, ВС должна обеспечить вторичную память для сохранения основной памяти. Бол
Подсистема управления файлами
Файл представляет собой набор взаимосвязанной информации, определенной при создании. Кроме собственно данных, файлы представляют программы, как в исходном, так и в объектном виде.
Подсисте
Сетевое обеспечение
Распределенная система - набор процессоров, которые не распределяют память или каждый процессор имеет свою локальную память. Процессоры в системе соединены посредством компьютерной сети и обеспечив
Ядро и вспомогательные модули ОС
Наиболее общим подходом к структуризации операционной системы является разделение всех ее модулей на две группы:
ядро - модули ОС, выполняющие основные функции;
Ядро и привилегированный режим
Для надежного управления ходом выполнения приложений операционная система должна иметь по отношению к приложениям определенные привилегии. Иначе некорректно работающее приложение мо
Многослойная структура ОС
Вычислительную систему, работающую под управлением ОС на основе ядра, можно рассматривать как систему, состоящую из трех иерархически расположенных слоев: нижний слой образует аппар
Рис3. 4. Структура ядра
Средства аппаратной поддержки ОС. До сих пор об операционной системе говорилось как о комплексе программ, но часть функций ОС может выполняться и аппаратными средствами. Поэт
Аппаратная зависимость и переносимость ОС
Многие операционные системы успешно работают на различных аппаратных платформах без существенных изменений в своем составе. Во многом это объясняется тем, что, несмотря на различия
Переносимость операционной системы
Если код операционной системы может быть сравнительно легко перенесен с процессора одного типа на процессор другого типа и с аппаратной платформы одного типа на аппаратную пл
Концепция
Микроядерная архитектура является альтернативой классическому способу построения операционной системы. Под классической архитектурой в данном случае понимается рассмотренная выше структурная органи
Двоичная совместимость и совместимость исходных текстов
Необходимо различать совместимость на двоичном уровне и совместимость на уровне исходных текстов. Приложения обычно хранятся в ОС в виде исполняемых файлов, содержащих двоичные обра
Трансляция библиотек
Выходом в таких случаях является использование так называемых прикладных программных сред. Одной из составляющих, формирующих прикладную программную среду, является набор фун
Способы реализации прикладных программных сред
Создание полноценной прикладной среды, полностью совместимой со средой другой операционной системы, является достаточно сложной задачей, тесно связанной со структурой операционной системы. Существ
ПОНЯТИЕ ПРОЦЕССА
Процессом называется некоторая деятельность, выполняемая на процессоре. Процессором в широком смысле называется любое устройство в составе ЭВМ, спо
ПОНЯТИЕ РЕСУРСА
Одной из функций ОС является обеспечение эффективного и бесконфликтного способа управления ресурсами вычислительной системы.
Под ресурсом часто понимается показатель
КОНЦЕПЦИЯ ВИРТУАЛИЗАЦИИ
Виртуализация того или иного ресурса осуществляется в рамках централизованной схемы распределения ресурсов. Путем виртуализации осуществляются две формы обмана пользователей:
Одноочередные дисциплины обслуживания.
а) FIFO (First In -- First Out) – дисциплина обслуживания в порядке поступления. Все заявки поступают в конец очереди. Первыми обслуживаются заявки, находящиеся в начале очереди. Схематическ
СИСТЕМА ПРЕРЫВАНИЙ
Ситуация, которая возникает в результате воздействия какого-то независимого события, приводящего к временному прекращению выполнения последовательности команд одной программы с цель
Понятие процесса
Процесс(задача) - программа, находящаяся в режиме выполнения.
С каждым процессом связывается его адресное пространство, из которого он может читать и в ко
Модель процесса
В многозадачной системе реальный процессор переключается с процесса на процесс, но для упрощения модели рассматривается набор процессов, идущих параллельно (псевдопараллельно).
Рассмотрим
Завершение процесса
(вызов exit или ExitProcess):
Плановое завершение (окончание выполнения) Плановый выход по известной ошибке (например, отсутствие файла)
Иерархия процессов
В UNIX системах заложена жесткая иерархия процессов. Каждый новый процесс созданный системным вызовом fork, является дочерним к предыдущему процессу. Дочернему процессу достаются от родительского п
Состояние процессов
Три состояния процесса:
Выполнение (занимает процессор) Готовность (процесс временно приостановлен, чтобы позволить выполняться другому процессу) Ожидание (процесс
Понятие потока
Каждому процессу соответствует адресное пространство и одиночный поток исполняемых команд. В многопользовательских системах, при каждом обращении к одному и тому же сервису, приход
Модель потока
С каждым потоком связывается:
Счетчик выполнения команд Регистры для текущих переменных Стек Состояние Потоки делят между собой элементы
Преимущества использования потоков
Упрощение программы в некоторых случаях, за счет использования общего адресного пространства. Быстрота создания потока, по сравнению с процессом, примерно в 100 раз. Повышен
Реализация потоков в пространстве пользователя, ядра и смешанное
А - потоки в пространстве пользователя
B
Особенности реализации Windows
Используется четыре понятия:
Задание - набор процессов с общими квотами и лимитами Процесс - контейнер ресурсов (память ...), содержит как минимум один поток. Пото
Взаимодействие между процессами
Ситуации, когда приходится процессам взаимодействовать:
Передача информации от одного процесса другому Контроль над деятельностью процессов (например: когда они борются за о
Передача информации от одного процесса другому
Передача может осуществляться несколькими способами:
Разделяемая память Каналы(трубы), это псевдофайл, в который один процесс пишет, а другой читает.
Состояние состязания
Состояние состязания - ситуация когда несколько процессов считывают или записывают данные (в память или файл) одновременно.
Рассмотрим пример, когда два процесса пытаются
Критические области
Критическая область - часть программы, в которой есть обращение к совместно используемым данным.
Условия избегания состязания и эффективной работы процессов:
Два процесса не
Переменные блокировки
Вводится понятие переменной блокировки, т.е. если значение этой переменной равно, например 1, то ресурс занят другим процессом, и второй процесс переходит в режим ожидания (блокируется) до тех пор,
Строгое чередование
В этой модели, процессы могут выполняться строго по очереди, используя переменную.
Примитивы взаимодействия процессов
Вводится понятия двух примитивов.
sleep - системный запрос, в результате которого вызывающий процесс блокируется, пока его не запустит другой процесс.
wak
Семафоры
Семафоры - переменные для подсчета сигналов запуска, сохраненных на будущее.
Были предложены две операции down и up (аналоги sleep и wake
Планирование в системах пакетной обработки
6.2.1 "Первый пришел - первым обслужен" (FIFO - First In Fist Out)
Процессы ставятся в очередь по мере поступления.
Преимущества:
Циклическое планирование
Самый простой алгоритм планирования и часто используемый.
Каждому процессу предоставляется квант времени процессора. Когда квант заканчивается процесс переводится планировщиком в конец оче
Приоритетное планирование
Каждому процессу присваивается приоритет, и управление передается процессу с самым высоким приоритетом.
Приоритет может быть динамический и статический.
Динамичес
Планирование в системах реального времени
Системы реального времени делятся на:
жесткие (жесткие сроки для каждой задачи) - управление движением гибкие (нарушение временного графика не желательны, но допустимы) - уп
Общее планирование реального времени
Используется модель, когда каждый процесс борется за процессор со своим заданием и графиком его выполнения.
Планировщик должен знать:
частоту, с которой должен работать кажд
Взаимоблокировка процессов
Взаимоблокировка процессов может происходить, когда несколько процессов борются за один ресурс.
Ресурсы бывают выгружаемые и невыгружаемые, аппаратные и программные.
Моделирование взаимоблокировок
Моделирование тупиков с помощью графов.
Условные обозначения
На такой модели оч
Обнаружение и устранение взаимоблокировок
Система не пытается предотвратить взаимоблокировку, а пытается обнаружить ее и устранить.
Обнаружение взаимоблокировки при наличии одного ресурса каждого типа
Динамическое избежание взаимоблокировок
В этом способе ОС должна знать, является ли предоставление ресурса безопасным или нет.
Траектории ресурсов
Рассмотрим модель из двух процессов и двух ресурсов
Предотвращение четырех условий, необходимых для взаимоблокировок
Предотвращение условия взаимного исключения
Можно минимизировать количество процессов борющихся за ресурсы.
Например, с помощью спулинга для принтера, когда т
Принципы аппаратуры ввода-вывода
Два нижних уровня системы управления вводом-выводом составляет hardware: сами устройства, непосредственно выполняющие операции, и их контроллеры, служащие для организации совместной работы устройст
Контроллеры устройств
Устройства ввода-вывода обычно состоят из двух частей:
механическая (не надо понимать дословно) - диск, принтер, монитор электронная - контроллер или
Отображаемый на адресное пространство памяти ввод-вывод
Каждый контроллер имеет несколько регистров, которые используются для взаимодействия с центральным процессором. При помощи этих регистров ОС управляет (считывает, пишет, включает и т.д.) и определя
Прямой доступ к памяти (DMA - Direct Memory Access)
Прямой доступ к памяти реализуется с помощью DMA - контроллера.
Контроллер содержит несколько регистров:
регистр адреса памяти счетчик байтов
Прерывания
После того как устройство ввода-вывода начало работу, процессор переключается на другие задачи.
Чтобы сигнализировать процессору об окончании работы, устройство инициализирует прерывание,
Задачи программного обеспечения ввода-вывода
Основные задачи, которые должно решать программное обеспечение ввода-вывода:
Независимость от устройств - например, программа, читающая данные из файла не должна задумываться с чего
Программный ввод-вывод
В этом случае всю работу выполняет центральный процессор.
Рассмотрим процесс печати строки ABCDEFGH этим способом.
Управляемый прерываниями ввод-вывод
Если в предыдущем примере буфер не используется, а принтер печатает 100 символов в секунду, то на каждый символ будет уходить 10мс, в это время процессор будет простаивать, ожидая готовности принте
Обработчики прерываний
Прерывания должны быть скрыты как можно глубже в недрах операционной системы, чтобы как можно меньшая часть ОС имела с ними дело. Лучше всего блокировать драйвер, начавший ввод-вывод.
Алго
Драйвера устройств
Драйвер устройства - необходим для каждого устройства. Для разных ОС нужны разные драйверы.
Драйверы должны быть частью ядра (в монолитной системе), что бы получить доступ к регистрам конт
Независимое от устройств программное обеспечение ввода-вывода
Функции независимого от устройств программного обеспечения ввода-вывода:
Единообразный интерфейс для драйверов устройств, Буферизация Сообщения об ошибках
Обобщение уровней и функций ввода-вывода
Уровни и основные функции системы ввода-вывода
Баз
Блокирующиеся, неблокирующиеся и асинхронные системные вызовы
Все системные вызовы, связанные с осуществлением операций ввода-вывода, можно разбить на три группы по способам реализации взаимодействия процесса и устройства ввода-вывода.
· К первой, на
Буферизация и кэширование
Под буфером обычно понимается некоторая область памяти для запоминания информации при обмене данных между двумя устройствами, двумя процессами или процессом и устройством. Обмен ин
Spooling и захват устройств
О понятии spooling мы говорили в первой лекции нашего курса, как о механизме, впервые позволившем совместить реальные операции ввода-вывода одного задания с выполнением другого зад
Обработка прерываний и ошибок
Если при работе с внешним устройством вычислительная система не пользуется методом опроса его состояния, а задействует механизм прерываний, то при возникновении прерывания, как мы уже
Планирование запросов
При использовании неблокирующегося системного вызова может оказаться, что нужное устройство уже занято выполнением некоторых операций. В этом случае неблокирующийся вызов может немедл
Принципы, заложенные в подсистему управления вводом-выводом в ОС UNIX
1. Эта подсистема построена единообразно с подсистемой управления данными (файловой системой). Пользователю предоставляется унифицированный способ доступа как к ПУ, так и к файлам. Под файлом в ОС
Лекция 8. Управление памятью в ОС
4.1. Понятие об организации и управлении физической памятью в операционных системах
4.2. Методы связного распределения основной памяти
4.2.1. Связное распределен
Понятие об организации и управлении физической памятью в операционных системах
Организация и управление основной (первичной, физической, реальной) памятью вычислительной машины - один из важнейших факторов, определяющих построение операционных систем. В англоязычной техническ
Связное распределение памяти для одного пользователя
Связное распределение памяти для одного пользователя, называемое также одиночным непрерывным распределением, применяется в ЭВМ, работающих в пакетном однопрограммном режиме под управлением простейш
Стратегии размещения информации в памяти
Стратегии размещения информации в памяти предназначены для того, чтобы определить, в какое место основной памяти следует помещать поступающие программы и данные при распределении памяти неперемещае
Основные концепции виртуальной памяти
Термин виртуальная память обычно ассоциируется с возможностью адресовать пространство памяти, гораздо большее, чем емкость первичной (реальной, физической) памяти конкретной вычислительной м
Страничная организация виртуальной памяти
Виртуальный адрес при чисто страничной организации памяти _ это упорядоченная пара (p, d), где p - номер страницы в виртуальной памяти, а d - смещение в рамках страницы p. Процесс может выполняться
Сегментная организация виртуальной памяти
Виртуальный адрес при сегментной организации виртуальной памяти - это упорядоченная пара n = ( s, d) , где s - номер сегмента виртуальной памяти, а d - смещение в рамках этого сегмента. Процесс мож
Странично-сегментная организация виртуальной памяти
Системы со странично-сегментной организацией обладают достоинствами обоих способов реализации виртуальной памяти. Сегменты обычно содержат целое число страниц, причем не обязательно, чтобы все стра
Стратегии управления виртуальной памятью
Стратегии управления виртуальной памятью, так же как и стратегии управления физической памятью, разделяются на три категории: стратегии вталкивания, стратегии размещения и стратегии выталкивания.
Стратегии вталкивания (подкачки)
Для управления вталкиванием применяются следующие стратегии:
· вталкивание (подкачка) по запросу (по требованию);
· вталкивание (подкачка) с упреждением (опережением).
Стратегии размещения
В системах со страничной организацией виртуальной памяти решение о размещении вновь загружаемых страниц принимается достаточно просто: новая страница может быть помещена в любой свободный
Стратегии выталкивания
В мультипрограммных системах вся первичная память бывает, как правило, занята. В этом случае программа управления памятью должна решать, какую страницу или какой сегмент следует удалить из первично
Именование файлов
Длина имени файла зависит от ОС, может быть от 8 (MS-DOS) до 255 (Windows, LINUX) символов.
ОС могут различать прописные и строчные символы. Например, WINDOWS и windows для MS-DOS одно и т
Структура файла
Три основные структуры файлов:
1. Последовательность байтов - ОС не интересуется содержимым файла, она видит только байты. Основное преимущество такой системы, это гибкост
Типы файлов
Основные типы файлов:
· Регулярные - содержат информацию пользователя. Используются в Windows и UNIX.
· Каталоги - системные файлы, обеспечивающи
Атрибуты файла
Основные атрибуты файла:
· Защита - кто, и каким образом может получить доступ к файлу (пользователи, группы, чтение/запись). Используются в Windows и UNIX.
· Пароль - пароль к фа
Файлы, отображаемые на адресное пространство памяти
Иногда удобно файл отобразить в памяти (не надо использовать системные вызовы ввода-вывода для работы с файлом), и работать с памятью, а потом записать измененный файл на диск.
При использ
Одноуровневые каталоговые системы
В этой системе все файлы содержатся в одном каталоге.
Од
Имя пути
Для организации дерева каталогов нужен некоторый способ указания файла.
Два основных метода указания файла:
· абсолютное имя пути - указывает путь от корневого ка
Реализация каталогов
При открытии файла используется имя пути, чтобы найти запись в каталоге. Запись в каталоге указывает на адреса блоков диска.
В зависимости от системы это может быть:
· дисковый ад
Реализация длинных имен файлов
Раньше операционные системы использовали короткие имена файлов, MS-DOS до 8 символов, в UNIX Version 7 до 14 символов. Теперь используются более длинные имена файлов (до 255 символов и больше).
Ускорение поиска файлов
Если каталог очень большой (несколько тысяч файлов), последовательное чтение каталога мало эффективно.
1 Использование хэш-таблицы для ускорения поиска файла.
А - совместно используемый файл.
Такая файловая система называется ориентированный ациклический граф(DAG, Directed Acyclic Graph).
Возникает проблема, если дисковые адреса содержатся в самих каталоговых з
Размер блока
Если принято решение хранить файл в блоках, то возникает вопрос о размере этих блоков.
Есть две крайности:
· Большие блоки - например, 1Мбайт, то файл даже 1 байт займет целый бло
Учет свободных блоков
Основные два способа учета свободных блоков :
· Связной список блоков диска, в каждом блоке содержится номеров свободных блоков столько, сколько вмешается в блок. Часто для списка резервир
Дисковые квоты
Чтобы ограничить пользователя, существует механизм квот.
Два вида лимитов:
· Жесткие - превышены быть не могут
· Гибкие - могут быть превышены, но при выходе пользователь
Резервное копирование
Случаи, для которых необходимо резервное копирование:
· Аварийные ситуации, приводящие к потере данных на диске
· Случайное удаление или программная порча файлов
Основные
Непротиворечивость файловой системы
Если в системе произойдет сбой, прежде чем модифицированный блок будет записан, файловая система может попасть в противоречивое состояние. Особенно если это блок i-узла, каталога и
Кэширование
Блочный кэш (буферный кэш) - набор блоков хранящиеся в памяти, но логически принадлежащие диску.
Перехватываются все запросы чтения к диску, и проверяется наличие требуемы
Файловая система ISO 9660
Более подробная информация - http://ru.wikipedia.org/wiki/ISO_9660 Стандарт принят в 1988 г.
По стандарту диски могут быть разбиты на логические разделы, но мы будем рассматривать диски с
Каталоговая запись стандарта ISO 9660.
Расположение файла - номер начального блока, т.к. блоки располагаются последовательно.
L - длина имени файла в байтах
Имя файла - 8 символов, 3 символа расширения (из-за совместим
Рок-ридж расширения для UNIX
Это расширение было создано, чтобы файловая система UNIX была представлена на CD-ROM.
Для этого используется поле System use.
Расширения содержат следующие поля:
1. PX -
Файловая система UDF (Universal Disk Format)
Более подробная информация - http://ru.wikipedia.org/wiki/Universal_Disk_Format
Изначально созданная для DVD, с версии 1.50 добавили поддержку CD-RW и CD-R.
Сейчас последняя верси
Файловая система MS-DOS (FAT-12,16,32)
В первых версиях был только один каталог (MS-DOS 1.0).
С версии MS-DOS 2.0 применили иерархическую структуру.
Каталоговые записи, фиксированны по 32 байта.
Имена файлов -
Они будут задействованы в Windows 98
Атрибут архивныйнужен для программ резервного копирования, по нему они определяют надо копировать файл или нет.
Поле время (16 разрядов) разбивается на три подполя:
Расширение Windows 98 для FAT-32
Для расширения были задействованы 10 свободных бит.
Форм
Основная надстройка над FAT-32, это длинные имена файлов.
Для каждого файла стали присваивать два имени:
1. Короткое 8+3 для совместимости с MS-DOS
2. Длинное имя файла, в формате Unicode
Доступ к файлу может быть получен по люб
Формат каталогов записи с фрагментом длинного имени файла в Windows 98
Поле "Атрибуты" позволяет отличить фрагмент длинного имени (значение 0х0F) от дескриптора файла. Старые программы MS-DOS каталоговые записи со значением поля атрибутов 0х0
Файловая система NTFS
Файловая система NTFS была разработана для Windows NT.
Особенности:
· 64-разрядные адреса, т.е. теоретически может поддерживать 264*216 байт (1 208 925 819 M
Поиск файла по имени
При создании файла, программа обращается к библиотечной процедуре
CreateFile("C:windowsreadmy.txt", ...)
Этот вызов попадает в совместно используемую библиотеку уровня п
Сжатие файлов
Если файл помечен как сжатый, то система автоматически сжимает при записи, а при чтении происходит декомпрессия.
Алгоритм работы:
1. Берутся для изучения первые 16 блоков файла (н
Шифрование файлов
Любую информацию, если она не зашифрована, можно прочитать, получив доступ. Поэтому самая надежная защита информации от несанкционированного доступа - шифрование.
Даже если у вас украдут в
Файловая система UNIX V7
Хотя это старая файловая система основные элементы используются и современных UNIX системах.
Особенности:
· Имена файлов ограничены 14 символами ASCII, кроме косой черты "/&q
Структура i-узела
Поле
Байты
Описание
Mode
Тип файла, биты защиты, биты setuid и setgid
Nlinks
Создание и работа с файлом
fd=creat("abc", mode) - Пример создания файла abc с режимом защиты, указанном в переменной mode(какие пользователи имеют доступ). Используется системный
Файловая система BSD
Основу составляет классическая файловая система UNIX.
Особенности (отличие от предыдущей системы):
· Увеличена длина имени файла до 255 символов
· Реорганизованы каталоги
Размещение файловой системы EXT2 на диске
Другие особенности:
· Размер блока 1 Кбайт
· Размер каждого i-узла 128 байт.
· i-узел содержит 12 прямых и 3 косвенных адресов, длина адреса в i-узле стала 4 байта, что о
Файловая система EXT3
В отличие от EXT2, EXT3 является журналируемой файловой системой, т.е. не попадет в противоречивое состояние после сбоев. Но она полностью совместима с EXT2.
Файловая система XFS
XFS - журналируемая файловая система разработанная Silicon Graphics, но сейчас выпущенная открытым кодом (open source).
Официальная информация на http://oss.sgi.com/projec
Файловая система RFS
RFS (RaiserFS)- журналируемая файловая система разработанная Namesys.
Официальная информация на RaiserFS
Некоторые особенности:
· Более эффективно работа
Файловая система JFS
JFS (Journaled File System) -журналируемая файловая система разработанная IBM для ОС AIX, но сейчас выпущенная как открытый код.
Официальная информация на Journaled File S
Структура уровней файловой системы NFS
VFS (Virtual File System) - виртуальная файловая система. Необходима для управления таблицей открытых файлов.
Записи для каждого открытого файла называются v-узлам
Новости и инфо для студентов