Организация памяти
Cisco IOS не использует механизм виртуальной памяти, так как в данном случае этот механизм и не желателен, и не обязателен.
Он не желателен потому, что режим реального времени требует, чтобы все коды всех активных процессов постоянно находились в памяти для быстрого выполнения и переключения с процесса на процесс. Наличие механизмов виртуальной памяти с ее подкачкой страниц из дисковой памяти в виртуальную создавало бы слишком длительные случайные паузы в работе процессов — ситуация, приемлемая для универсальных ОС, но крайне нежелательная для систем реального времени, к которым относится Cisco IOS.
Механизм виртуальной памяти не обязателен для Cisco IOS, потому что размеры образов IOS в памяти для каждой аппаратной платформы известны, они не меняются в ходе эксплуатации, так как, как уже было сказано, у пользователя IOS нет возможности добавлять новые модули к установленному образу IOS. А раз максимальный размер образа IOS известен, то достаточно оснастить аппаратную платформу физической оперативной памятью требуемого размера, позволяющего загрузить туда коды всех процессов для максимально возможного набора сетевых сервисов, оставив место для буферов пакетов. Например, модели Cisco 800 оснащены оперативной памятью в 8 Мбайт, а размеры образов IOS для этой модели колеблются в диапазоне 2-4 Мбайт.
На рис. 9.16 обобщенно показана организация памяти маршрутизаторов Cisco.
Рис. 9.16. Организация памяти в маршрутизаторах Cisco
Оперативная память разделена на две части: основную память и память ввода-вывода. Отличие этих двух областей памяти заключается в том, что к основной памяти доступ имеет только процессор, в то время как к памяти ввода-вывода могут обращаться как процессор, так и контроллеры ввода-вывода в режиме прямого доступа к памяти. Это свойство памяти ввода-вывода позволяет организовать параллельную перепись в буферы памяти ввода-вывода пакетов, поступивших во внутренние буферы контроллеров, без участия процессора, который в это время может заниматься задачами маршрутизации пакетов и корректировки таблицы маршрутизации.
Память ввода-вывода полностью отводится под буферы пакетов, а основная память процессора делится на несколько областей, соответствующих типовой структуре программы: области кодов IOS и областей инициализированных и неинициализированных переменных IOS. В основной памяти есть также область буферов пакетов, дополняющая область буферов пакетов памяти ввода-вывода.
Маршрутизаторы Cisco поддерживают также несколько типов памяти для хранения файлов: флэш-память, постоянную память (ROM) и не разрушающуюся память (NVRAM). Основное назначение флэш-памяти — хранение образа IOS, загружаемого при старте маршрутизатора в основную память. Так как флэш-память обеспечивает произвольный доступ при чтении и поблочное стирание, коды некоторых образов IOS (или некоторых программ образа) выполняются непосредственно из флэш-памяти без загрузки в основную память. Очевидно, что для этого программы IOS должны быть написаны определенным образом, а именно быть реентерабельными. Для поддержания этой функции за флэш-памятью закрепляют определенный диапазон адресов адресного пространства маршрутизатора.
В постоянной памяти хранится усеченный образ IOS, который может быть вызван на выполнение, когда основной образ IOS, хранящийся во флэш-памяти, по каким-то причинам не работает. Это своего рода аварийная версия IOS, которая позволяет администратору сети решить проблему неработающей основной версии IOS: найти ошибку в конфигурации и исправить ее или же полностью заменить образ основной версии IOS новым.
NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory — не разрушающаяся при отключении питания память) хранит файл конфигурации IOS. В этом файле записана информация о том, какие протоколы должны быть активными и с какими параметрами. Например, для каждого интерфейса файл конфигурации хранит большое количество параметров, среди которых находится IP-адрес этого интерфейса, но используется IP-адрес только в том случае, если для данного интерфейса активен протокол IP. Файл конфигурации при старте системы считывается кодом IOS в оперативную память и активизирует соответствующие переменные IOS.
Файловые системы флэш-памяти, ROM и NVRAM очень просты в отношении организации файлов: в них существует только корневой каталог, в котором и размещаются все файлы данного типа внешней памяти. Такая организация упрощает операционную систему Cisco IOS и ускоряет ее работу, а отсутствие иерархии каталогов не приводит к проблемам в работе администратора сети, так как в каждом из накопителей хранится совсем немного файлов, например, один-два образа IOS во флэш-памяти и два-три файла конфигурации в памяти NVRAM.