2.2Управление памятью

Подсистема виртуальной памяти распределяет память между задачами (процессами). Каждая задача считает, что ей выделен непрерывный участок памяти максимального размера, поддерживаемого на соответствующей архитектуре (для архитектуры x86 это 4GB). Из них один гигабайт резервируется для ядра.

На самом же деле программа занимает только тот объем памяти, с которым она реально работает. Большинство памяти существует виртуально, но будет предоставлено программе в тот момент, когда она обратится в эту область. Ядро распределяет память страницами фиксированного размера. Процедура, когда страница оперативной памяти объявляется частью адресного пространства процесса, называется отображением этой страницы в адресное пространство процесса.

Соответственно, ядро отображает реально используемые страницы в виртуальное адресное пространство процесса. Когда процесс обращается к некоторой странице своего адресного пространства, ядро проверяет, имеет ли он право на доступа к этой странице, и если проверка пройдена и доступ получен, то ядро переадресовывает обращение на реальный адрес этой страницы. Размер страницы фиксирован архитектурой процессора, и для x86 ее размер составляет 4096 байт.

Если свободных страниц больше нет, но существует файл подкачки, куда ядро может убрать одну из наиболее долго не использовавшихся страниц, и освободившуюся физическую страницу отдать запросившему память процессу. Если же нет ни незанятого пространства в файле подкачки, ни свободных страниц RAM, то развитие событий может быть следующим: либо запросивший память процесс прерван и “убит” системой, либо какой-то другой из процессов (это определяется специфическими алгоритмами) будет “убит” ядром, и освободившаяся память будет передана запросившему память процессу.

Ограничение адресного пространства в 4GB не означает, что система не сможет адресовать более этого объема памяти. На платформе x86 ядро Linux может использовать до 64GB, а ограничение в 4GB накладывается лишь на размер адресного пространства процесса.

2.3Управление процессами

В роли задач в UNIX® выступают процессы. Процесс - это программа, запущенная пользователем, которая находится в памяти и, как полагается задаче, потребляет ресурсы: выполняется, требует памяти, обменивается данными с системой, внешними устройствами и другими процессами. При запуске процесс получает уникальный идентификатор процесса (Process IDentifier, PID), по которому он становится доступен другим процессам и планировщику.

Процесс можно представить себе как виртуальную машину, отданную в распоряжение одной задачи. Каждый процесс считает, что он на машине один и может распоряжаться всеми ее ресурсами. На самом же деле процессы надежно изолированы друг от друга, так что крушение одного не может повредить всей системе.

Это описание предельно упрощено.

Главное отличие планировщика UNIX® заключается в том, что каждая задача из очереди работает в течение всего отведенного ей промежутка времени, только если ей есть чем заняться. Если задача к этому времени работать не может (например, ожидает завершения операции ввода/вывода, или сигнала, или освобождения какого-либо ресурса), она из начала очереди перемещается в конец "очереди для тех, кто без очереди" или очереди "спящих" задач. Как только какая-нибудь задача из очереди спящих просыпается, ей тут же отводится место в начале обычной очереди. Таким образом максимально сокращается время простоя (idle) системы, если, конечно, выполняемых задач достаточно для того, чтобы полностью ее загрузить. Сверх того процессы в UNIX® могут иметь разные приоритеты, сообразно которым идет планирование очередного запуска процесса (например, полностью отработав свой промежуток времени, процесс может помещаться не в конец очереди).

Между собой процессы могут обмениваться данными не только стандартными пользовательскими средствами (посредством файлов, каналов или сокетов, но и с помощью более быстрых системных, именуемых средствами межпроцессного взаимодействия (Interprocess Communication, IPC). Процессы могут заказать у системы общую память (тогда часть адресного пространства каждого будет ссылаться на один и тот же кусок реальной памяти), для индикации занятости ресурса использовать семафор (система гарантирует, что запрошенный ресурс действительно будет свободен, пока процесс не откроет семафор) и посылать друг другу сигналы и сообщения.