15. Управление оперативной памятью в современных ос. Виртуальная память процесса и ее отображение в реальную оперативную память компьютера. Файл подкачки.

[+ вопрос № 14.] Преобразование логических адресов программы в физические адреса запоминающих устройств обеспечивается «железом» и ОС.

Виртуальная память — способ адресации памяти компьютера, при котором память представляется ПО непрерывной и однородной, в то время как в реальности, для фактического хранения данных, используются дискретные области различных видов памяти (оперативная, внешняя).

В случае расположения данных на внешних ЗУ память мб представлена спец. разделом на ЖД (partition) или отдельным файлом на обычном разделе диска (файл подкачки).

Реализация хранения виртуальных данных в различных ОСях различается в силу архитектурных особенностей ядра ОСей и их файловых систем.

В UNIX-подобных системах файл подкачки обычно помещается на отдельный раздел ЖД, что ускоряет доступ к данным по сравнению с расположением swap-файла на обычном разделе.

Windows. Область ЖД, предназначенная для «свопинга», располагается в отдельном файле, называемом файлом подкачки.

Файл подкачки (swap-файл, рaging file) — область на ЖД, используемая ОС в качестве виртуальной памяти. Физический файл подкачки — спец. файл, размещающийся на одном или нескольких дисках компьютера и предназначенный для (временного) хранения страниц виртуальной памяти, располагается в корне ЖД с установленной системой и называется pagefile.sys.

Чем больше оперативной памяти, тем меньший объем файла подкачки необходим, и тем реже Windows приходится прибегать к его использованию.

Но, установить действительно необходимый объем swap-файла, можно лишь при помощи его мониторинга.

Файл подкачки может быть постоянного (фиксированного) размера и динамически изменяемого размера.

По умолчанию, Windows создает динамически изменяемый файл подкачки, но у этого подхода есть недостаток: при увеличении файла подкачки ОС «дописывает» его на свободные места, что приводит к фрагментации диска и swap-файла, что нежелательно, т. к. доступ к нему должен осуществляться с максимально возможной скоростью.

Исходя из этого, файл подкачки непременно рекомендуется делать фиксированного объема и помещать в самом начале диска, где операции чтения / записи происходят быстрее всего. Если ЖД один и ОС установлена в первом разделе, в нем же рекомендуется расположить и файл подкачки. Если ЖД два и второй быстрее или равен по скорости первому, файл подкачки стоит расположить в начале второго, что значительно повысит скорость работы с виртуальной памятью.

16. Цели и задачи файловой системы ос. Многоуровневая организация файловой системы. Логическая и физическая фс.

Файл — массив байтов.

Файловая система (ФС, file system) — совокупность правил, определяющая способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов.

ФС определяет размер имени и набор атрибутов файла, макс. размер файла и раздела. Некоторые ФС предостав. сервисные возможности (#: разграничение доступа, шифрование файлов).

Задачи ФС:

• Создание и именование файлов.

• Программный интерфейс работы с файлами для приложений (доступ).

• Отображение логической модели ФС на физическую организацию хранилища данных (хранение).

• Организация устойчивости ФС к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств.

• Содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

• Защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, обеспечение совместной работы с файлами (многопольз. системы).

Трехуровневая организация ФС:

• Логическая ФС.

• Физическая ФС (FAT32, NTFS).

• Драйверы устройств.

Определить права доступа к файлу — определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу.

В разных ФС может быть определен свой список операций доступа. Этот список может включать следующие операции: создание файла, уничтожение файла, открытие файла, закрытие файла, чтение файла, запись в файл, дополнение файла, поиск в файле, получение атрибутов файла, уст-е новых знач-й атрибутов, переименование, выполнение файла, чтение каталога.

Логическая организация файла — определенным образом организованные логические записи.

Логическая запись — наименьший элемент данных (строка в БД, символ в текстовом файле), которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством. Если обмен с устройством осуществляется большими единицами, ОС обеспечивает доступ к отдельной логической записи.

Записи могут быть фиксированной или переменной длины. Записи могут быть расположены в файле последовательно (последовательная организация) или в более сложном порядке, с использованием так называемых индексных таблиц, позволяющих обеспечить быстрый доступ к отдельной логической записи (индексно-последовательная организация). Для идентификации записи может быть использовано специальное поле, называемое ключом. В ФС UNIX и MS-DOS файл имеет простейшую логическую структуру — последовательность однобайтовых записей.

Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит из физических записей — блоков.

Блок — наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с оперативной памятью.

Непрерывное размещение — простейший вариант физической организации, при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих сплошной участок дисковой памяти.

Достоинства:

• Для задания адреса файла достаточно указать номер начального блока.

• Другое достоинство метода — простота.

Недостатки:

• Во время создания файла заранее не известна его длина, а значит не известно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла.

• При таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, т. к. участки маленького размера (мин. — 1 блок) могут остаться неиспользуемыми.

Следующий способ физической организации — размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти. При таком способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. Адрес файла также мб задан номером первого блока. В отличие от предыдущего способа, каждый блок может быть присоединен в цепочку к.-л. файла, следовательно фрагментация отсутствует. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков. Недостаток: сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла (#: чтобы прочитать 5-ый блок файла, необходимо последовательно прочитать 4 первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков). При этом способе количество данных файла, содержащихся в одном блоке, не равно степени 2 (1 слово израсходовано на номер следующего блока), а многие программы читают данные блоками, размер которых равен степени 2.

Практически всегда файлы на дисках объединяются в каталоги. В простейшем случае все файлы на данном диске хранятся в одном каталоге. Такая одноуровневая схема использовалась в MS-DOS 1.0. Иерархическая ФС со вложенными каталогами впервые появилась в Multics, затем в UNIX.

В NTFS и HFS каждый файл представляет собой набор атрибутов. Атрибутами (кр. традиционных) считаются имя файла, размер, содержимое. Т. о., для этих ФС то, что хранится в файле — один из его атрибутов.

Классификация по предназначению ФС:

• Для носителей с произвольным доступом (жёсткий диск): FAT32, HPFS.

• Для носителей с последовательным доступом (магнитные ленты): QIC.

• Для оптических носителей — CD и DVD: HFS, UDF.

• Виртуальные файловые системы: AEFS.

• Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS.

• Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS.