23. Управление памятью вычислительной системы

Управление памятью включает в себя следующий набор основных функций:

• запрос на выделение блока памяти;

• освобождение памяти;

• изменение параметров блока памяти (например, память может быть заблокирована процессом либо предоставлена в общий доступ);

• отображение файлов на память (имеется не во всех системах).

Рассмотрим управление памятью в ОС Windows.

В Windows 2000 каждый процесс имеет свое адресное пространство до 4 Гб памяти (не физическое ОЗУ). Физическая память ограничена системными ресурсами: ОЗУ и дисковым пространством. Windows выделяет приложению 2 Гб памяти, а остальные 2 Гб резервируются для нужд ядра. Если объем ОЗУ меньше, чем 4 Гб, то Windows использует механизм виртуальной памяти: когда объем ОЗУ будет исчерпан, часть содержимого физической памяти переносится на жесткий диск. Этот механизм называется подкачкой. Для каждого процесса ядро поддерживает таблицу страниц – структуру, позволяющую преобразовать виртуальные адреса в физические.

Виртуальная память Windows использует механизм отображения области физической памяти на любую область 32-разрядных адресов для того, чтобы любая программа как бы обладала своим собственным физическим ОЗУ. Каждая программа имеет собственное виртуальное адресное пространство, которое диспетчер виртуальной памяти преобразует в адреса физического ОЗУ или в файлы на жестком диске.

Физическое и виртуальное (логическое) адресное пространство каждого процесса разделено на страницы – кванты памяти, размер которых зависит от компьютера. Ядро может перемещать страницы памяти в страничный файл на диске и обратно. Когда страница перемещается в физическую память, ядро обновляет таблицу страниц соответствующего процесса. Когда ядру требуется место в физической памяти, оно вытесняет самые старые страницы физической памяти в страничный файл. Все это происходит незаметно для приложения.

24. Понятие файловой системы

Файл – набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Файловая система – это набор спецификаций и соответствующее им программное обеспечение, которое отвечает за создание, удаление, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файлов информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используются файлами. Файловая система определяет способ организации данных на диске (или на другом носителе).

Все современные ОС имеют соответствующие системы управления файлами. Система управления файлами (СУФ) является основной подсистемой в абсолютном большинстве современных операционных систем:

• через систему управления файлами связываются по данным все системные обрабатывающие программы;

• с помощью СУФ решаются проблемы централизованного распределения дискового пространства и управления данными;

• с помощью СУФ пользователям предоставляются возможности работать с файлами.

СУФ предоставляет пользователям следующие возможности:

• создание, удаление, переименование и другие операции над именованными наборами данных (файлами) из своих программ или посредством специальных управляющих программ, реализующих функции интерфейса пользователя;

• работа с не дисковыми периферийными устройствами как с обычными файлами;

• обмен данными между файлами, файлом и устройством, между устройствами;

• работа с файлами с помощью обращений к программным модулям СУФ;

• защита файлов от несанкционированного доступа.

В некоторых ОС может быть несколько систем управления файлами, что обеспечивает возможность работы с несколькими файловыми системами. СУФ, являясь компонентой системы, зависит от нее. Основное назначение файловой системы и соответствующей ей системы управления файлами – организация удобного доступа к данным, организованным в файлы. Иначе говоря, вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной нам записи используется логический доступ с указанием имени файла и записи в нём. Файловая система определяет принципы доступа к данным. Любая СУФ не разрабатывалась сама по себе, а для конкретной ОС.

Для того чтобы можно было загрузить с магнитного диска собственно саму ОС, а уже с ее помощью и организовывать работу той или иной СУФ, были приняты специальные системные соглашения о структуре диска. Первый сектор магнитного диска содержит информацию о логической организации диска и простейшую программу, с помощью которой можно найти и вызвать программу загрузки самой ОС.

Информация на магнитных дисках размещается и передается блоками. Каждый блок называется сектором и располагается на концентрических дорожках поверхности диска. Группа дорожек одного радиуса, расположенных на поверхностях магнитных дисков, образуют цилиндры. Каждый сектор состоит из поля данных и поля служебной информации, ограничивающей и идентифицирующей его. Размер сектор (объем поля данных) устанавливается контроллером или драйвером. Физический адрес сектора на диске определяется с помощью трех «координат»:

• номер цилиндра;

• номер рабочей поверхности диска;

• номер сектора на дорожке.

Обмен информацией между ОЗУ и дисками физически осуществляется только секторами. Диск может быть разбит на несколько разделов, которые могут использоваться как одной ОС, так и различными. На каждом разделе может быть организована своя файловая система. Для организации хотя бы одной файловой системы должен быть определен, по крайней мере, один раздел.

Разделы могут быть двух типов:

• первичный;

• расширенный.

Максимальное число первичных разделов – четыре, но обязательно должен быть хотя бы один. Если первичных разделов больше одного, то один должен быть активным, в нем находится загрузчик ОС. На одном диске может быть только один расширенный раздел, который в свою очередь может содержать большое количество подразделов – логических дисков.