43. Организация обмена данными между процессами (каналы, разделяемая память, почтовые ящики, сокеты).

Операционная система, имея доступ ко всем областям памяти, играет роль посредника в информационном обмене прикладных потоков. При необходимости в обмене данными поток обращается с запросом к ОС. ОС, пользуясь своими привилегиями, создает различные системные средства связи.

Многие из средств межпроцессного обмена данными выполняют также и функции синхронизации: в том случае, когда данные для процесса-получателя отсутствуют, последний переводится в состояние ожидания средствами ОС, а при поступлении данных от процесса-отправителя процесс-получатель активизируется.

Канал (конвейер, pipe) – буфер в оперативной памяти, поддерживающий очередь байт по алгоритму FIFO.

Канал представляет собой поток байтов. Процесс, считывающий данные из канала,

может прочитать блок любого размера, независимо от того, насколько большой блок был туда записан другим процессом. Данные проходят через канал последовательно

— байты считываются в том же порядке, в котором они были записаны. Произвольный

доступ к содержимому канала невозможен.

Каналы делят на Безымянные каналы и именованные каналы.

Безымянные (анонимные) каналы позволяют обмениваться данными только

родственным процессам.

Именованные каналы создаются явно с помощью команды mkfifo или mknod и существуют как файл в файловой системе. Это позволяет обмениваться данными между процессами, которые не связаны друг с другом. Преимущества именованных каналов: могут использоваться несвязанными процессами, существуют до тех пор, пока не будут удалены вручную, позволяют организовать сложные сценарии взаимодействия.

Почтовые ящики (только в Windows), однонаправленные, возможность широковещательной рассылки;

Разделяемая память представляет собой сегмент физической памяти, отображенной в виртуальное адресное пространство двух или более процессов. Одно из преимуществ файлов, отображаемых в память, заключается в том, что их легко использовать совместно. Присвоение имени объекту «отображение файла» делает возможным совместное использование файла несколькими процессами. В этом случае его содержимое отображено на совместно используемую физическую память

Почтовые ящики обеспечивают только однонаправленные соединения. Каждый процесс, который создает почтовый ящик, является «сервером почтовых ящиков». Другие процессы, называемые «клиентами почтовых ящиков», посылают сообщения серверу, записывая их в почтовый ящик. Входящие сообщения всегда дописываются в почтовый ящик и сохраняются до тех пор, пока сервер их не прочтет. Каждый процесс может одновременно быть и сервером и клиентом почтовых ящиков, создавая, таким образом, двунаправленные коммуникации между процессами.

Клиент может посылать сообщения на почтовый ящик, расположенный на том же компьютере, на компьютере в сети, или на все почтовые ящики с одним именем всем компьютерам выбранного домена. Почтовые ящики предлагают легкий путь для обмена короткими сообщениями, позволяя при этом вести передачу и по локальной сети, в том числе и по всему домену.

Почтовый ящик является псевдофайлом находящимся в памяти и необходимо использовать стандартные функции для работы с файлами, чтобы получить доступ к нему. Все почтовые ящики являются локальными по отношению к создавшему их процессу. Процесс не может создать удаленный почтовый ящик.

Каждый процесс может создать слушающий сокет (серверный сокет) и привязать его к какому-нибудь порту операционной системы. Слушающий процесс

обычно находится в цикле ожидания и просыпается при появлении нового

соединения. При этом сохраняется возможность проверить наличие соединений на данный момент, установить тайм-аут для операции и т.д.

Каждый сокет имеет свой адрес. Обычно клиент явно подсоединяется к слушателю, после чего любое чтение или запись через его файловый дескриптор будут передавать данные между ним и сервером.

Сокеты можно также использовать для соединения процессов на одной и той же машине.

44. Функции ОС по управлению памятью.

45. Алгоритмы распределения памяти без использования внешних носителей (одиночное непрерывное распределение, фиксированные, динамические, перемещаемые разделы).

Одиночное непрерывное

Распределение памяти фиксированными разделами.

Память разбивается на несколько областей фиксированной величины, называемых разделами. Эта операция выполняется один раз, и после этого границы разделов не изменяются. Различные системы могут поддерживать либо общую очередь ко всем разделам, либо отдельную очередь к каждому разделу

Задачи ОС:

1.Сравнивая размер программы, поступившей на выполнение, и свободных разделов, выбрать подходящий раздел.

2.Осуществить загрузку программы и настройку адресов

Аппаратные средства:

•два регистра границ

•ключи защиты (PSW) - каждый раздел имеет свой ключ защиты, который проверяется при всех операциях чтения\записи

Распределение памяти динамическими разделами.

В начале работы вся память, отведенная для приложений, свободна. Память машины не делится заранее на разделы. Каждой вновь поступающей задаче выделяется необходимая ей память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то задача не

принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача. Таким образом, в произвольный момент времени оперативная память представляет собой случайную

последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера.

Задачами операционной системы при реализации данного метода управления памятью является:

●​ ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указываются начальные адреса и размеры участков памяти;

●​ при поступлении новой задачи - анализ запроса, просмотр таблицы свободных

областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения

поступившей задачи; ●​ загрузка задачи в выделенный ей раздел и корректировка таблиц свободных и

занятых областей; ●​ после завершения задачи корректировка таблиц свободных и занятых

областей.

По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод обладает гораздо большей гибкостью, но ему присущ очень серьезный недостаток - фрагментация памяти. Фрагментация - это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов), настолько маленького, что ни одна из вновь поступающих программ не может поместиться ни в одном из участков, хотя суммарный объем фрагментов может

составить значительную величину, намного превышающую требуемый объем памяти.

Перемещаемые разделы.

Одним из методов борьбы с фрагментацией является перемещение всех занятых участков в сторону старших либо в сторону младших адресов, так, чтобы вся свободная память образовывала единую свободную область

В дополнение к прошлым функциям, в данном случае она должна еще время от времени копировать содержимое разделов из одного места памяти в другое,

корректируя таблицы свободных и занятых областей. Эта процедура называется "сжатием"