- •История операционных систем
- •Первое поколение (1945-55): электронные лампы и коммутационные панели
- •Второе поколение (1955-65): транзисторы и системы пакетной обработки
- •Третье поколение (1965-1980): интегральные схемы и многозадачность
- •Четвертое поколение (с 1980 года по наши дни): персональные компьютеры
- •Онтогенез повторяет филогенез
- •1. Классификация ос
- •1.1 Дос (Дисковые Операционные Системы)
- •1.2 Ос общего назначения
- •1.3 Системы виртуальных машин
- •1.4 Системы реального времени
- •1.5 Средства кросс-разработки
- •1.6 Системы промежуточных типов
- •1.7 Семейства операционных систем
- •1.8 Выбор операционной системы
- •1.9 Открытые системы
- •2. Представление данных в вычислительных системах
- •2.1. Введение в двоичную арифметику
- •2.3. Представление текстовых данных
- •2.4. Представление изображений
- •2.5. Представление звуков
- •2.6. Упаковка данных
- •2.7. Контрольные суммы
- •1.8. Введение в криптографию
- •3. Загрузка программ
- •3.1. Абсолютная загрузка
- •3.2. Разделы памяти
- •3.3. Относительная загрузка
- •3.4. Базовая адресация
- •3.5. Позиционно-независимый код
- •3.6. Оверлеи (перекрытия)
- •3.7. Сборка программ
- •3.8. Объектные библиотеки
- •3.9. Сборка в момент загрузки
- •3.10. Динамические библиотеки
- •3.11. Загрузка самой ос
- •4 Управление оперативной памятью
- •4.1. Открытая память
- •4.2. Алгоритмы динамического управления памятью
- •4.3. Сборка мусора
- •4.4. Открытая память (продолжение)
- •4.4.1. Управление памятью в MacOs и Win16
- •4.5. Системы с базовой виртуальной адресацией
- •5. Компьютер и внешние события
- •5.1. Опрос
- •5.2. Канальные процессоры и прямой доступ к памяти
- •1. Мастер шины (bus master), когда устройство имеет свой собственный контроллер пдп,
- •2. Централизованный контроллер, устанавливаемый на системной плате и способный работать с несколькими различными устройствами.
- •5.3. Прерывания
- •5.4. Исключения
- •5.5. Многопроцессорные архитектуры
3.1. Абсолютная загрузка
Первый, самый простой, вариант состоит в том, что мы всегда будем загружать программу с одного и того же адреса. Это возможно в следующих случаях.
□ Система может предоставить каждому процессу свое адресное пространство. Это возможно только на процессорах, осуществляющих трансляцию виртуального адреса в физический.
□ Система может исполнять в каждый момент только один процесс. Так ведет себя СР/М, так же устроено большинство загрузочных мониторов для самодельных компьютеров. Похожим образом устроена система RT-11, но о ней чуть ниже.
Загрузочный файл, используемый при таком способе загрузки, называется абсолютным загрузочным модулем.
Начальное содержимое образа процесса формируется путем простого копирования модуля в память. В системе RT-11 такие файлы имеют расширение sav от saved — сохраненный.
Формат загрузочного модуля a.out
В системе UNIX на 32-разрядных машинах также используется абсолютная загрузка. Загружаемый файл формата a.out (современные версии Unix используют более сложный формат загружаемого модуля и более сложную схему загрузки, которая будет обсуждаться в разд. 5.4) начинается с заголовка, который содержит:
• "магическое число" — признак того, что это именно загружаемый модуль, а не что-то другое;
• число text_size —длину области кода программы (text);
• data_size — длину области инициализованных данных программы (data); !
• bss_size — длину области неинициализованных данных программы (bss);
• стартовый адрес программы.
За заголовком следует содержимое областей text и data. Затем может следовать отладочная информация. Она нужна символьным отладчикам, но самой программой не используется.
При загрузке система выделяет процессу text_size байтов виртуальной памяти, доступной для чтения/исполнения, и копирует туда содержимое сегмента text. Затем отсчитывается data__size байтов памяти, доступной для чтений/ записи, и туда копируется содержимое сегмента data. Затем отсчитывается
еще bss_size байтов памяти, доступной для чтения/записи, которые прописываются нулями.
Очистка выделяемой памяти нужна не столько для удобства программиста, сколько по соображениям безопасности: перед вновь загружаемым процессом эту память могли занимать (а при сколько-нибудь длительной работе системы почти наверняка занимали) другие процессы, которые могли использовать эту память для хранения важных и секретных данных, например паролей или ключей шифрования.
После этого выделяется пространство под стек, в стек помещаются позиционные аргументы и среда исполнения (environment), и управление передается на стартовый адрес. Процесс начинает исполняться.
3.2. Разделы памяти
Одним из способов обойти невозможность загружать более одной программы при абсолютной загрузке являются разделы памяти. В наше время этот метод практически не применяется, но в машинах второго поколения; использоваться относительно широко и часто описывается в старой литературе. Идея метода состоит в том, что мы задаем несколько допустимых стартовых адресов абсолютной загрузки. Каждый такой адрес определяет раздел памяти. Процесс может размещаться в одном разделе, или, если это необходимо – т.е. если образ процесса слишком велик - в нескольких. Это позволяет загружать несколько процессов одновременно, сохраняя при этом преимущества абсолютной загрузки.
Если мы не знаем, в какой из разделов пользователь вынужден будет загружать нашу программу, мы должны предоставить по отдельному загрузочному модулю на каждый из допустимых разделов. Понятно, что это не очень практично, поэтому разделы были вытеснены более удобными схемами управления памятью.