1. Состав компьютерной системы
 Скачать 213 Kb.
|
|
Виртуальная память Виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи: *размещает данные в запоминающих устройствах разного типа; *перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа; *преобразует виртуальные адреса в физические. Все эти действия выполняются автоматически, без участия программиста, то есть механизм виртуальной памяти является прозрачным по отношению к пользователю. Хотя были и чисто программные методы реализации виртуальной памяти, но это направление получило наиболее широкое развитие после получения соответствующей аппаратной поддержки. Наиболее распространенными реализациями виртуальной памяти является страничное, сегментное и странично-сегментное распределение памяти, а также свопинг. ЕЩЕ НИЖЕ СМОТРИ ПРО ВИРТУАЛЬНУЮ ПАМЯТЬ 29. виртуальная память. способы организации виртуальной памяти. страничная организация виртуальной памяти. сегментная и странично - сегментная организация виртуальной памяти. Виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи: размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске; перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память; преобразует виртуальные адреса в физические. Все эти действия выполняются автоматически, без участия программиста, то есть механизм виртуальной памяти является прозрачным по отношению к пользователю. Наиболее распространенными реализациями виртуальной памяти является страничное, сегментное и странично-сегментное распределение памяти, а также свопинг. страничная организация виртуальной памяти Виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами. В общем случае размер виртуального адресного пространства не является кратным размеру страницы, поэтому последняя страница каждого процесса дополняется фиктивной областью. Вся оперативная память машины также делится на части такого же размера, называемые физическими страницами (или блоками). Размер страницы обычно выбирается равным степени двойки: 512, 1024 и т.д., это позволяет упростить механизм преобразования адресов. При загрузке процесса часть его виртуальных страниц помещается в оперативную память, а остальные - на диск. Смежные виртуальные страницы не обязательно располагаются в смежных физических страницах. При загрузке операционная система создает для каждого процесса информационную структуру - таблицу страниц, в которой устанавливается соответствие между номерами виртуальных и физических страниц для страниц, загруженных в оперативную память, или делается отметка о том, что виртуальная страница выгружена на диск. сегментная и странично - сегментная организация виртуальной памяти При страничной организации виртуальное адресное пространство процесса делится механически на равные части. Это не позволяет дифференцировать способы доступа к разным частям программы (сегментам), а это свойство часто бывает очень полезным. Виртуальное адресное пространство процесса делится на сегменты, размер которых определяется программистом с учетом смыслового значения содержащейся в них информации. Отдельный сегмент может представлять собой подпрограмму, массив данных и т.п. Иногда сегментация программы выполняется по умолчанию компилятором. При загрузке процесса часть сегментов помещается в оперативную память, а часть сегментов размещается в дисковой памяти. Сегменты одной программы могут занимать в оперативной памяти несмежные участки. Во время загрузки система создает таблицу сегментов процесса. Система с сегментной организацией функционирует аналогично системе со страничной организацией: время от времени происходят прерывания, связанные с отсутствием нужных сегментов в памяти, при необходимости освобождения памяти некоторые сегменты выгружаются, при каждом обращении к оперативной памяти выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Кроме того, при обращении к памяти проверяется, разрешен ли доступ требуемого типа к данному сегменту. Странично-сегментное распределение Как видно из названия, данный метод представляет собой комбинацию страничного и сегментного распределения памяти и, вследствие этого, сочетает в себе достоинства обоих подходов. Виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент в свою очередь делится на виртуальные страницы, которые нумеруются в пределах сегмента. 30. организация виртуальной памяти при меньшем размере оперативной памяти. Алгоритмы подкачки. организация виртуальной памяти при меньшем размере оперативной памяти. Алгоритмы подкачки Unix. страничное замещение, swapping, копирование страниц при попытке записи. Может наступить момент, когда все блоки памяти заняты, а необходимо выделить еще несколько. В этом случае предпринимаются следующие шаги. ОС в соответствии с заложенными в ней критериями ищет не используемую страницу памяти. Если таких страниц нет, то выбирает любые и выгружает на внешний накопитель. При этом ОС должна модифицировать таблицы виртуальных адресов процессов. ОС загружает в освободившиеся страницы данные с внешнего накопителя и модифицирует таблицы. Критерии которыми руководствуется ОС называются политикой замещения. А алгоритмы основанные на этих критериях – алгоритмы подкачки. В случае обращения в ту часть адресного пространства, которая в данный момент физически отсутствует, то происходит страничное прерывание и ОС отображает в физической памяти требуемую область и производит перезапуск программы с момента возникновения страничного прерывания. Алгоритмы: FIFO(first in first out)- первым выгрузится самый старый процесс. LRU(least recently used) будет выгружена страница к которой меньше всего обращений. Сложный алгоритм, так как требует создания таблицы, где хранятся обращения к страницам памяти. Для этого используются специальные счетчики задач, которые возрастают с каждым обращением. Во время работы с виртуальной памятью может возникнуть ситуация TRASHING. Когда два процесса обращаются друг к другу и выгружают друг друга. Алгоритмы подкачки Unix. страничное замещение, swapping В ОС UNIX используется некоторый облегченный вариант алгоритма подкачки, основанный на использовании понятия рабочего набора. Основная идея заключается в оценке рабочего набора процесса на основе использования аппаратно (а в некоторых реализациях - программно) устанавливаемых признаков обращения к страницам основной памяти. Периодически для каждого процесса производятся следующие действия. Просматриваются таблицы отображения всех сегментов виртуальной памяти этого процесса. Если элемент таблицы отображения содержит ссылку на описатель физической страницы, то анализируется признак обращения. Если признак установлен, то страница считается входящей в рабочий набор данного процесса, и сбрасывается в нуль счетчик старения данной страницы. Если признак не установлен, то к счетчику старения добавляется единица, а страница приобретает статус кандидата на выход из рабочего набора процесса. Откачку страниц, не входящих в рабочие наборы процессов, производит специальный системный процесс-stealer. Он начинает работать, когда количество страниц в списке свободных страниц достигает установленного нижнего порога. Функцией этого процесса является анализ необходимости откачки страницы (на основе признака изменения) и запись копии страницы (если это требуется) в соответствующую область внешней памяти (т.е. либо в системную область подкачки - swapping space для анонимных страниц, либо в некоторый блок файловой системы для страницы, входящей в сегмент отображаемого файла). Но если возникает требование страницы в условиях, когда список описателей свободных страниц пуст, то начинает работать механизм свопинга. Основной повод для применения другого механизма состоит в том, что простое отнятие страницы у любого процесса (включая тот, который затребовал бы страницу) потенциально вело бы к ситуации thrashing, поскольку разрушало бы рабочий набор некоторого процесса. Разновидностью виртуальной памяти является свопинг. При свопинге, в отличие от рассмотренных ранее методов реализации виртуальной памяти, процесс перемещается между памятью и диском целиком, то есть в течение некоторого времени процесс может полностью отсутствовать в оперативной памяти. Существуют различные алгоритмы выбора процессов на загрузку и выгрузку, а также различные способы выделения оперативной и дисковой памяти загружаемому процессу. 34. файловая система Unix, виртуальная файловая система VFS Виртуальная файловая система VFS В UNIX System V Release 3 был реализован механизм переключения файловых систем (File System Switch, FSS), позволяющий операционной системе поддерживать различные типы файловых систем. В соответствии с этим подходом информация о файловой системе и файлах разбивается на две части - зависимую от типа файловой системы и не зависимую. FSS обеспечивает интерфейс между ядром и файловой системой, транслируя запросы ядра в операции, зависящие от типа файловой системы. При этом ядро имеет представление только о независимой части файловой системы. Однако большее распространение получила схема, реализованная фирмой Sun Microsystems, использующая аналогичный подход. Эта схема называется переключателем виртуальной файловой системы - Virtual File System (VFS). В UNIX System V Release 4 реализован именно этот механизм. VFS не ориентируется на какую-либо конкретную файловую систему, механизмы реализации файловой системы полностью скрыты как от пользователя, так и от приложений. В ОС нет системных вызовов, предназначенных для работы со специфическими типами файловой системы, а имеются абстрактные вызовы типа open, read, write и другие, которые имеют содержательное описание, обобщающее некоторым образом содержание этих операций в наиболее популярных типах файловых систем (например, s5, ufs, nfs и т.п.). VFS также предоставляет ядру возможность оперирования файловой системой, как с единым целым: операции монтирования и демонтирования, а также операции получения общих характеристик конкретной файловой системы (размера блока, количества свободных и занятых блоков и т.п.) в единой форме. Если конкретный тип файловой системы не поддерживает какую-то абстрактную операцию VFS, то файловая система должна вернуть ядру код возврата, извещающий об этом факте. В VFS вся информация о файлах разделена на две части - не зависящую от типа файловой системы, которая хранится в специальной структуре ядра - структуре vnode, и зависящую от типа файловой системы - структура inode, формат которой на уровне VFS не определен, а используется только ссылка на нее в структуре vnode. Имя inode не означает, что эта структура совпадает со структурой индексного дескриптора inode файловой системы s5. Это имя используется для обозначения зависящей от типа файловой системы информации о файле, как дань традиции. Виртуальная файловая система VFS поддерживает следующие типы файлов: • обычные файлы, • каталоги, • специальные файлы, • именованные конвейеры, • символьные связи. Содержательное описание обычных файлов, каталогов и специальных файлов и связей не отличается от их описания в файловой системе s5. 35. файловые ситемы FAT, NTFS. поддержка длинных имен Кратко о файловой системе FAT Файловая система FAT появилась на заре развития персональных компьютеров и первоначально предназначалась для хранения файлов на дискетах. Информация хранится на дисках и дискетах порциями, в секторах размером 512 байт. Все пространство дискеты разделялось на области фиксированной длины, называемые кластерами. Кластер может содержать один или больше секторов. Каждый файл занимает один или несколько кластеров, возможно несмежных. Названия файлов и другая информация о файлах, такая как размер и дата создания, располагается в начальной области дискеты, выделенной для корневого каталога. Что же касается расположения кластеров файла на диске, то эта информация хранится в начальной области дискеты, называемой таблицей размещения файлов (File Allocation Table, FAT) .Таким образом, таблица размещения файлов - это массив, содержащий информацию о кластерах. Размер этого массива определяется общим количеством кластеров на диске. В каталоге хранится номер первого кластера, распределенного файлу или вложенному каталогу. Номера остальных кластеров можно найти при помощи таблицы размещения файлов FAT. Таблица FAT содержит критически важную информацию о расположении каталогов и файлов. Если в результате сбоя аппаратуры, программного обеспечения или вредоносного воздействия вирусов таблица FAT окажется поврежденной, доступ к файлам и каталогам будет потерян. Поэтому с целью подстраховки на диске обычно создаются две копии таблицы FAT. Ограничения файловой системы FAT Максимальный размер логического диска FAT-16 составляет 4 Гбайт/ Теоретически максимальный размер диска FAT-32 может составлять 8 Тбайт, что должно хватить для развертывания любых современных приложений. Что же касается новых операционных систем Microsoft Windows 2000/XP, то они не способны создавать разделы FAT-32 с объемом, превышающим 32 Гбайт. Если Вам нужны разделы такого или большего объема, компания Microsoft предложит Вам использовать файловую систему NTFS. Другое существенное ограничение FAT-32 накладывается на размер файлов - он не может превышать 4 Гбайт. В каталоге FAT-32 может хранить не более 65534 файлов. Файловая система NTFS Современная файловая система NTFS, разработанная компанией Microsoft для своей операционной системы Microsoft Windows NT, лишена ограничений и недостатков FAT. В файловой системе NTFS все атрибуты файлов (имя, размер, расположение экстентов файла на диске и т.д.) хранятся в скрытом системном файле $MFT. Файлы небольшого размера (порядка сотен байт) хранятся непосредственно в $MFT, что существенно ускоряет доступ к ним. Ограничения NTFS Максимальный размер логического диска NTFS составляет примерно 18 446 744 Тбайт, что, очевидно, достаточно для всех современных приложений, а также приложений, которые появятся в ближайшем будущем. Максимальный размер файла еще больше, так что это ограничение также несущественно. Количество файлов, хранящихся в одном каталоге NTFS, ничем не ограничено, так что здесь тоже есть преимущество перед FAT. FAT – плюсы: • Для эффективной работы требуется немного оперативной памяти. • Быстрая работа с малыми и средними каталогами. • Диск совершает в среднем меньшее количество движений головок (в сравнении с NTFS). • Эффективная работа на медленных дисках. FAT - минусы: • Катастрофическая потеря быстродействия с увеличением фрагментации, особенно для больших дисков (только FAT32). • Сложности с произвольным доступом к большим (скажем, 10% и более от размера диска) файлам. • Очень медленная работа с каталогами, содержащими большое количество файлов. NTFS - плюсы: • Фрагментация файлов не имеет практически никаких последствий для самой файловой системы - работа фрагментированной системы ухудшается только с точки зрения доступа к самим данным файлов. • Сложность структуры каталогов и число файлов в одном каталоге также не чинит особых препятствий быстродействию. • Быстрый доступ к произвольному фрагменту файла (например, редактирование больших .wav файлов). 49. Сравнение вариантов организации взаимодействия сетей Возвращаясь к принципам организации взаимодействия сетей, сравним два основных подхода - мультиплексирование протоколов и трансляцию протоколов (шлюзы). Встроенные в сетевую ОС средства мультиплексирования протоколов дают все те преимущества, которые присущи встроенным средствам: * Эти средства не нужно отдельно приобретать; * Нет проблем их совместимости с другими продуктами. Основным недостатком этого подхода является избыточность. Хотя средства мультиплексирования обычно позволяют загружать и выгружать по желанию пользователя различные стеки протоколов, но если нужно одновременно работать с тремя различными сетями, то в каждую рабочую станцию необходимо загрузить все три стека одновременно. Шлюз по своей природе является выделенным сервисом, разделяемым всеми источниками запросов к серверам другой сети. Использование шлюзов обеспечивает следующие преимущества: * Позволяет сосредоточить все функции согласования протоколов в одном месте и разгрузить рабочие станции от дополнительного программного обеспечения, а их пользователей - от необходимости его генерации. Шлюз сохраняет в локальной сети ее родную среду протоколов, что повышает производительность, так как стек протоколов был специально спроектирован для данной операционной среды и наилучшим образом учитывает ее особенности. * Возникающие проблемы легко локализуются. * Обслуживающий персонал работает в привычной среде, где можно использовать имеющийся опыт по поддержанию сети. Шлюзы сохраняют различные, несовместимые сети в их первозданном виде. Если имеется несколько различных сетей, то для их совместной работы может понадобиться значительное количество шлюзов. Для доступа пользователей сети UNIX к мейнфрейму понадобится шлюз UNIX-SNA, для подключения пользователей NetWare к компьютерам UNIX и мейнфрейму нужно два шлюза - NetWare-UNIX и NetWare-SNA. Недостатки использования шлюзов: |