ОС. 6B06102_Операционные системы_МУ_лаб. Исследование диспетчеризации процессов и потоков
 Скачать 0.5 Mb.
|
|
. Основной недостаток оперативной памяти заключается в том, что конструктивно достижимый ее объем во много раз меньше, чем у дисковой. Решить проблему увеличения объема оперативной памяти за счет дисковой позволяет виртуальная память, которую можно считать кэшированием оперативной памяти на диске. Суть ее заключается в том, что программам предоставляется виртуальное пространство оперативной памяти, по размерам превышающее объем физически установленной оперативной памяти. Это виртуальное пространство разбито на страницы фиксированного размера, а в физической оперативной памяти в каждый момент времени присутствует только часть из них. Остальные страницы хранятся на диске, откуда операционная система может их «подка- чать» в физическую на место предварительно выгруженных на диск страниц. Расплатой за почти безмерное увеличение объема доступной оперативной памяти является снижение средней производительности памяти и некоторый расход дисковой памяти на так называемый файл подкачки (Swap File). Размер виртуальной памяти не может превышать размера диска. В Windows 95, 98, NT и 2000 каждый процесс имеет собственное адресное пространство, что позволяет адресовать до 4 Гб памяти. Отметим, что Windows выделяет процессу 4 Гб адресов памяти, а не физического ОЗУ. Физическая память ограничена имеющимися системными ресурсами (ОЗУ и дисковое пространство). Windows выделяет каждому приложению 2 Гб адресов памяти, а другие 2 Гб резервируются для нужд ядра. Большинство компьютеров не располагают 4 Гб ОЗУ, и по этой причине Windows использует механизм виртуальной памяти. Таким образом, Windows может перенести часть содержимого физической памяти на жесткий диск, когда объем доступного ОЗУ будет исчерпан. Этот процесс известен как подкачка. Виртуальные адреса, используемые процессом, не совпадают с адресами физической памяти. Для каждого процесса ядро поддерживает так называемую таблицу страниц - внутреннюю структуру, которая позволяет преобразовать виртуальные адреса в физические. Процессоры Intel, начиная с модели 80386, позволяют отобразить область физичес- кой памяти на любую область 32-разрядных адресов. Виртуальная память Windows использует этот механизм для того, чтобы любая программа вела себя так, будто она имеет собственное физическое ОЗУ. Windows для доступа к памяти применяет 32-разрядную линейную адресацию: приложения обращаются к памяти с помощью 32-разрядных адресов. Каждая программа имеет собственное виртуальное адресное пространство, которое диспетчер виртуальной памяти преобразует в адреса физического ОЗУ или в файле на жестком диске. Физическое и виртуальное (логическое) адресное пространство каждого процесса разделено на страницы - «кванты» памяти, размер которых зависит от компьютера. Например, для компьютеров х86 размер страницы составляет 4 кб. Ядро может перемещать страницы памяти в страничный файл на диске (Pagefile.sys) и обратно: таким образом, управление памятью становится более гибким. Когда страница перемещается в физическую память, ядро обновляет таблицы страниц соответствующих процессов. Если ядру требуется место в физической памяти, оно вытесняет самые старые страницы физической памяти в страничный файл. Манипуляции ядра с физической памятью совершенно незаметны (прозрачны) для приложений, которые работают только со своими виртуальными адресными пространствами. В Win32 три механизма управления памятью: виртуальная память, используемая для операций с большими массивами объектов или структур; кучи (heaps), применяемые для операций с большим количеством малых объектов; файлы, проецируемые в память средства для операций с интенсивными потоками данных (обычно из файлов) и для обеспечения совместного доступа приложений к данным. Функции и структуры данных управления виртуальной памятью 1. Сведения о конкретной платформе предоставляет процедура: GetSystemInfo (SYSTEM_INFO: TSystemInfo). Структура данных TSystemInfo описана в файле Windows.pas cледующим образом: TSystemInfo = record case Integer of 0: ( dwOemId: DWORD); 1: ( wProcessorArchitecture: Word; wReserved: Word; dwPageSize: DWORD; // размер страницы lpMinimumApplicationAddress: Pointer; //мин адрес доступного адресного пространства lpMaximumApplicationAddress: Pointer; //макс адрес доступного адресного пространства dwActiveProcessorMask: DWORD; dwNumberOfProcessors: DWORD; // число процессоров dwProcessorType: DWORD; dwAllocationGranularity: DWORD; // гранулярность выделения регионов адресного // пространства wProcessorLevel: Word; wProcessorRevision: Word); end; Более подробная информация приведена в файле Win32.hlp. 2. Для динамического отслеживания текущего состояния памяти используется процедура GlobalMemoryStatus(var lpBuffer: TMemoryStatus); Структура данных TMemoryStatus описана в файле Windows.pas cледующим образом: TMemoryStatus = record dwLength: DWORD; dwMemoryLoad: DWORD; //оценка занятости системы управления памятью(0-100) dwTotalPhys: DWORD;// общий размер физической памяти RAM-памяти в байтах dwAvailPhys: DWORD;// общий размер физической памяти RAM-памяти в // байтах, доступной для выделения dwTotalPageFile: DWORD;// максимальное количество байтов, которое может // содержаться в страничном файде на жестком диске (или дисках) dwAvailPageFile: DWORD; // максимальное количество байтов, которое может быть // передано процессу из страничного файла dwTotalVirtual: DWORD; // количество байтов в адресном пространстве, принадлежащих // лично данному процессу dwAvailVirtual: DWORD; // суммарный объем всех свободных регионов в адресном // пространстве процесса, вызывающего процедуру GlobalMemoryStatus // вычитая из dwTotalVirtual полученное значение, можно найти размер // зарезервированной процессом области в виртуальном адресном пространстве end; Перед вызовом процедуры необходимо занести в поле dwLength размер структуры в байтах с помощью функции sizeof(). 3. Для запроса информации об участке памяти по заданному адресу (размер, тип памяти, атрибуты защиты) служит функция: VirtualQuery(lpAddress: Pointer; var lpBuffer: TMemoryBasicInformation; dwLength: DWORD): DWORD; При вызове функции первый параметр должен содержать адрес виртуальной памяти, о котором нужно получить информацию. Второй параметр – переменная типа, описанного как TMemoryBasicInformation = record BaseAddress : Pointer; // значение параметра lpAddress, округленное до значения, // кратного размеру страницы AllocationBase : Pointer; // базовый адрес региона, включающего адрес запроса AllocationProtect : DWORD; // атрибут защиты региона – в Win 9х может иметь // значения PAGE_NOACCESS, PAGE_READONLY, PAGE_READWRITE RegionSize : DWORD;// суммарный размер (в байтах) группы страниц, начинающихся с // базового адреса и имеющих те же атрибуты защиты, состояние и тип, что и страница, // обнаруженная по адресу lpAddress State : DWORD; //указывает состояние (MEM_FREE,MEM_RESERVE,MEM_COMMIT) всех // смежных страниц,имеющих те же атрибуты защиты,состояние и тип, что и страница, // расположенная по адресу lpAddress // Числовые значения констант состояния приведены в файле windows.pas // Для состояния MEM_FREE элементы Allocationbase, Alloocation, Protect и Type не // определяются Protect : DWORD; //содержит атрибут защиты (PAGE_*),общий для всех смежных страниц, // имеющих те же атрибуты защиты, состояние и тип, что и страница, расположенная по // адресу lpAddress Type_9 : DWORD; //определяет тип физической памяти (MEM_IMAGE,MEM_MAPPED или // MEM_PRIVATE), связанной с группой смежных страниц, имеющих имеющих те же атрибуты // защиты,состояние и тип, что и страница, расположенная по адресу lpAddress // В Win 9x этот элемент всегда соответствует типу MEM_PRIVATE end; Параметр dwLength задает размер структуры TmemoryBasicInformation. VirtualQuery возвращает число байт, скопированных в буфер. Если возвращено нулевое значение, информация о запрошенном участке НЕ ПОЛУЧЕНА. Сканируя память в диапазоне от 0 до максимального адреса, можно построить карту виртуальной памяти процесса. 4. Приложение резервирует регион в адресном пространстве, используя функцию VirtualAlloc(lpvAddress: Pointer; dwSize, flAllocationType, flProtect: DWORD): Pointer; Первый параметр определяет положение резервируемого региона в адресном пространстве. Если параметр равен Nil, система определяет положение региона самостоятельно. В Win 9x зарезервировать регион можно только в диапазоне адресов от 00400000Н до 7FFFFFFFH. Регионы всегда резервируются на границе 64К. Если запрос выполнен, функция возвращает базовый адрес зарезервированного региона. Второй параметр задает размер резервируемого региона в байтах. Заданный размер увеличивается до величины, кратной размеру страницы. Третий параметр определяет вид операции – MEM_RESERVE –зарезервировать регион, MEM_COMMIT- передать региону физическую память (сначала нужно зарезервировать регион, затем передать ему память). В принципе можно одновременно зарезервировать регион и передать ему физическую память – например VirtualAlloc (Nil, 100*1024,MEM_RESERVE OR MEM_COMMIT,PAGE_READWRITE); Последний параметр определяет атрибут защиты. 5. Для возврата физической памяти, спроецированной на регион, или освобождения всего региона адресного пространства используется функция VirtualFree (lpAddress: Pointer; dwSize,: DWORD): BOOL; В простейшем случае использования этой функции – для освобождения всей переданной региону физической памяти – в параметр lpAddress необходимо передать базовый адрес региона, в параметр dwSize=0, так как системе известен размер региона. В третьем параметре следует передать MEM_RELEASE –это приведет к возврату системе всей физической памяти, спроецированной на регион, и освобождению самого региона. Если необходимо не освобождая регион вернуть в систему часть физической памяти, переданной региону, в параметр lpAddress заносится адрес, идентифицирующий первую возвращаемую страницу, в параметр dwSize – количество возвращаемых байт, в параметре dwFreeType - MEM_DECOMMIT. КУЧИ Процессу разрешено создавать несколько куч, являющихся частью его адресного пространства. Куча - это регион зарезервированного адресного пространства. Первоначально большей его части физическая память не передается. После того, как программа занимает эту область под данные, диспетчер, управляющий кучами, передает ей страницы физической памяти. При освобождении страниц в куче диспетчер возвращает физическую память системе. Одна куча предоставляется процессу по умолчанию. Ее описатель возвращает функция GetProcessHeap() : Handle; Дополнительные кучи создаются вызовом функции HeapCreate ( flOption, dwInitialSize, MaximumSize) : Handle; Первый параметр определяет характер операций, выполняемых над кучей. По умолчанию (значение 0) действует принцип последовательного доступа к куче (как к критическому участку). САМОСТОЯТЕЛЬНО - другие возможные значения этого параметра и их использование. Второй параметр определяет количество байт, первоначально передаваемых куче. Третий параметр указывает максимальный размер кучи. Может быть равен 0 - в этом случае система резервирует регион, самостоятельно определяя его размер и при необходимости расширяет его до максимально возможного объема. Выделение блока памяти из кучи выполняет функция HeapAlloc ( Handle, dwFlags, dwBytes ) : pointer; Первый параметр - описатель кучи, возвращаемый функциями GetProcessHeap() или HeapCreate() Второй параметр указывает на характер выделения памяти. При его значении, равным HEAP_ZERO_MEMORY, выделяемый блок заполняется нулями. Третий параметр определяет число выделяемых в куче байт. Освобождение блока памяти выполняет функция HeapFree ( Handle, dwFlags, dwBytes ) : Boolean; Уничтожение кучи выполняет функция HeapDestroy (Handle) : Boolean. Значения символических констант для операций с кучами: HEAP_NO_SERIALIZE 0x00000001 HEAP_GROWABLE 0x00000002 HEAP_GENERATE_EXCEPTIONS 0x00000004 HEAP_ZERO_MEMORY 0x00000008 HEAP_REALLOC_IN_PLACE_ONLY 0x00000010 HEAP_TAIL_CHECKING_ENABLED 0x00000020 HEAP_FREE_CHECKING_ENABLED 0x00000040 HEAP_DISABLE_COALESCE_ON_FREE 0x00000080 HEAP_CREATE_ALIGN_16 0x00010000 HEAP_CREATE_ENABLE_TRACING 0x00020000 HEAP_MAXIMUM_TAG 0x0FFF HEAP_PSEUDO_TAG_FLAG 0x8000 HEAP_TAG_SHIFT 18 Лабораторная работа рассчитана на 6 часов работы. и включает в себя изучение кратких теоретических сведений, выполнение задания к лабораторной работе, оформление отчета и сдачу работы. Задание. 1. Написать приложение, реализующие следующие функции: - вывод на экран системной информации; - мониторинг состояния разделов виртуальной памяти 0-1 Гб, 1-2 Гб, 2-3 Гб (показатели - общий объем свободной, зарезервированной и выделенной –commit - памяти, а также памяти, состояние которой не было определено). По каждому разделу выводить предыдущее, текущее значение каждого показателя и их разность; - свободной страничной памяти с выводом результатов на экран с интервалом 3 с; - резервирование региона задаваемого размера с размещением с задаваемого адреса (по кнопке); - резервирование региона задаваемого размера с без указания адреса (по кнопке); - проецирование физической памяти задаваемого размера на регион (по кнопке); - возврат системе физической памяти из выбранного региона (по кнопке); - освобождение региона ( по кнопке); - запуск приложения с возможностью диалогового выбора его имени; - размещение в куче процесса по умолчанию списка из N cлов (по кнопке); - cоздание кучи и размещение в ней списка из M элементов по 20 байт в каждом (по кнопке). 2. Проверить работу приложения. Обратить внимание на изменение размера раздела в виртуальном адресном пространстве процесса после резервирования, освобождения региона, запуска и завершения приложения, размещения списков. 3. Ответить по поставленные ниже вопросы - в каких регионах выделялась память и какого размера; - размер какого региона изменился после запуска и завершения приложения. Сопоставить эти значения с размером exe-файла приложения. - следует ли ожидать изменений в разделах виртуального адресного пространства после запуска того же приложения с помощью проводника? - как отразилось на состоянии разделов виртуальной памяти размещение списков в кучах? Содержание отчета: 2. Название, цель и задание к работе 3. Листинг приложения 3. Ответы на вопросы задания 3 Контрольные вопросы 1. Классификация памяти ПК 2. Характеристики внутренней памяти 3. Характеристики внешней памяти 4. Логические разделы ОЗУ 5. Организация виртуальной памяти средствами Windows Список литературы 1. Операционные системы, среды и оболочки. Использование стандартных средств (скриптовых языков) операционной системы Windows для автоматизации задач пользователей : методические указания к лабораторным работам для дневного и заочного обучения факультета бизнеса 2 курса направления 080800 - Прикладная информатика / Новосиб. гос. техн. ун-т ; [сост. А. А. Забуга]. - Новосибирск, 2010. 2. Э. Таненбаум, Современные операционные систем : научное издание: пер. с англ. / Э. Таненбаум. - 3-е изд. - Прогр. 10560726 ( файла : байтов). - М. ; СПб. ; Нижний Новгород : Питер, 2015. - 1020/1 с. : ил. 3. Сетевые операционные системы: Учебник для вузов, 2-е изд. Н. А. Олифер, В. Г. Олифер, 2014 год, 672 стр. 4. Таненбаум Э. С. Современные операционные системы / Э. Таненбаум. - СПб., 2015. - 1120 с. Лабораторная работа № 4 Тема: «Реестр и средства работы с реестром» Цель работы: освоение методики и функций Win32 для работы с реестром. Знакомство с компонентом Registry, его свойствами и методами. Краткие теоретические сведения. Реестр Windows — это унифицированная база данных, содержащая информацию об аппаратной и программной конфигурации локального компьютера. Здесь же хранятся данные системы и приложений. В Windows 95, 98, NT,2000 реестр можно просматривать и редактировать средствами редактора реестра REGEDIT.EXE. расположенного в папке Windows. Будьте предельно осторожны, изменяя элементы реестра при помощи редактора реестра, - он не распознает синтаксические и семантические ошибки и не предупреждает о создании некорректного элемента. Неверный элемент реестра может сделать систему неработоспособной. Структура реестра. Реестр - это древовидная иерархическая база данных. Он хранится в двух файлах, состав которых определяется конфигурацией системы. Обычно их два: один содержит настройки, специфичные для пользователя (файл USER.DAT), а другой - настройки, специфичные для компьютера (обычно SYSTEM.DAT). Раздел - это узел структуры реестра. Он состоит из подразделов и пар параметр- значение. Имя подраздела должно быть уникальным внутри его родительского раздела. Для отделения имен родительских разделов от дочерних используется символ \ . Разделы HKEYs - это средство доступа к разделам реестра самого верхнего уровня. Они определяются в API реестра и являются точкой входа в дерево реестра. Пара параметр-значение - компонент реестра, который непосредственно хранит данные. Используя путь к разделу и имя параметра, можно считать значение из пары параметр-значение. Значение, находящееся в паре, может иметь один из нескольких типов. Три основных типа данных- двойное слово (DWORD), строка (String) и двоичное значение (Binary). Каждый узел иерархического дерева называется ключом. Реестр напоминает файловую систему: любой ключ может содержать вложенные ключи (аналог вложенных каталогов) и данные (аналог файлов). В ключе хранится произвольное число значений данных любого типа. Каждое значение называется элементом реестра. Компоненты клю- чей реестра перечислены ниже. |