Управление памятью. Рассмотрим несколько подробнее структуру упомянутой таблицы процессов

Таблица процессов

Рассмотрим несколько подробнее структуру упомянутой таблицы процессов. Эта таблица состоит из записей о всех «расчетных» и «периферийных» процессах, «живущих» в данный момент времени в ВС. Каждая запись представляет собой мгновенный «снимок» вектора состояния соответствующего процесса в момент события, связанного с изменением его статуса. (Под событием будем понимать любую причину возбуждения главного процесса и, прежде всего, экстракоды обеих групп). Запись о процессе, управляемом последовательностью команд, прежде всего содержит такие характеристики, как:

· адрес следующей для выполнения команды

· слово состояния процессора

· состояние внутренних регистров процессора

Для процесса, исполняемого на периферийном процессоре, необходимыми элементами записи являются:

· тип (номер) устройства

· адреса данных, участвующих в обмене

· количество выдаваемых данных

В состав записи процессов любого вида должна входить информация о статусе, т.е. «свободен» или «прерван». Если процесс прерван, его запись должна содержать указания на семафоры и условия с ними связанные, которые определяют переход в состояние «свободен».

Ресурсы любой реальной ВС ограничены. Главным ресурсом ВС наряду с процессорами является память, причем оперативная память представляет собой наиболее дефицитный ресурс. Ниже мы остановимся на общих принципах распределения оперативной памяти между несколькими процессами в мультипрограммной ВС.

Если в машинах первых поколений исполнительный адрес, вырабатываемый командой, или адрес очередной команды программы однозначно соответствовали физическим номерам ячеек памяти, то в современных ЭВМ дело обстоит иначе. Каждый адрес, генерируемый программой, преобразуется аппаратом преобразования адреса перед действием выборки или записи информации. Этот аппарат не находится под управлением данного рядового процесса. Воздействовать на него может только Главный процесс. Аналогичному преобразованию подвергаются адреса (тип, номер) периферийных устройств, к которым обращается текущий процесс. Т.о., пользователь ВС практически не знает, где в данный момент хранится его программа и данные, и с какими конкретно периферийными устройствами она работает. В этом случае говорят, что программист работает с памятью и периферийными устройствами, образующими виртуальную среду.

Виртуальным адресом будем называть используемые программистом ссылки на ячейки, а множество всех виртуальных адресов – виртуальным адресным пространством. Введение аппарата преобразования виртуального адреса в ВС позволяет добиваться трех основных целей:

1. Однородность адресного пространства означает возможность всем пользователям данной ВС составлять программы и размещать данные, начиная с одного и того же адреса (например, 000000). Фактически, в оперативной памяти программы и данные различных пользователей располагаются в определенных интервалах физических адресов. Преимущество однородности, прежде всего, отражается на упрощении работы трансляторов и компоновщиков программ. Программисту же, пишущему на языках высокого уровня, это преимущество мало заметно.

2. Защита памяти заключается в гарантиях от нарушений локальной среды одного процесса другим. Особую опасность для системы составляет возможность порчи записей таблицы процессов управляющей процедуры, что может привести к сбою в работе ВС. Однако ни один программист не застрахован от ошибок адресации в своей программе, поэтому о защите должна заботиться сама система. При виртуальной адресации такая процедура достаточно проста и заключается в проверке, не выходит ли очередной адрес, выданный программой, за пределы виртуального адресного пространства.

3. Реорганизация памяти означает возможность использования программистами большей виртуальной памяти одного уровня и ее отображение на реальную многоуровневую память. Конфигурация любой современной ВС предполагает наличие относительно небольшой оперативной памяти и накопителя на диске достаточно большого объема. Программисту же удобно писать программы, ориентированные на большую память одного уровня, не заботясь о реальном распределении его программ и данных по уровням физической памяти ВС.

Две первые цели включения аппарата преобразования виртуального адреса достигаются введением небольшого числа дополнительных схем в состав центрального процессора. С помощью регистров базы и границы (рис.2.1.5), управляемых исключительно Главным процессом, осуществляется формирование исполнительного (физического) адреса ячейки при каждом обращении пользовательской программы к главной памяти.

Рисунок 2.1.5 – Простейший аппарат преобразования виртуального адреса

Дата добавления: 2014-01-11