15) Функция ос – управление памятью, понятие виртуальной памяти, свопинг.

Функции ОС по управлению памятью

Под памятью (memory) здесь подразумевается оперативная память компьютера. В отличие от памяти жесткого диска, которую называют внешней памятью (storage), оперативной памяти для сохранения информации требуется постоянное электропитание.

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Особая роль памяти объясняется тем, что процессор может выполнять инструкции протравы только в том случае, если они находятся в памяти. Память распределяется как между модулями прикладных программ, так и между модулями самой операционной системы.

В ранних ОС управление памятью сводилось просто к загрузке программы и ее данных из некоторого внешнего накопителя (перфоленты, магнитной ленты или магнитного диска) в память. С появлением мультипрограммирования перед ОС были поставлены новые задачи, связанные с распределением имеющейся памяти между несколькими одновременно выполняющимися программами.

Функциями ОС по управлению памятью в мультипрограммной системе являются:

отслеживание свободной и занятой памяти;

выделение памяти процессам и освобождение памяти по завершении процессов;

вытеснение кодов и данных процессов из оперативной памяти на диск (полное или частичное), когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место;

настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Виртуальная память (англ. Virtual memory) — технология управления памятью ЭВМ, разработанная для многозадачных операционных систем. При использовании данной технологии для каждой программы используются независимые схемы адресации памяти, отображающиеся тем или иным способом на физические адреса в памяти ЭВМ. Позволяет увеличить эффективность использования памяти несколькими одновременно работающими программами, организовав множество независимых адресных пространств (англ.), и обеспечить защиту памяти между различными приложениями. Также позволяет программисту использовать больше памяти, чем установлено в компьютере, за счет откачки неиспользуемых страниц на вторичное хранилище

Подкачка страниц (англ. Paging; иногда используется термин swapping от swap, /swɔp/) — один из механизмов виртуальной памяти, при котором отдельные фрагменты памяти (обычно неактивные) перемещаются из ОЗУ на жёсткий диск (или другой внешний накопитель, такой как Флеш-память), освобождая ОЗУ для загрузки других фрагментов памяти. Такими фрагментами в современных ЭВМ являются страницы памяти.

16) Функция ос – управление файловой системой.

Для организации доступа программ к данным, размещенным на внешних носителях, ОС организует данные в структуру, называемую файловой системой. Файловая система представляет собой иерархическую структуру, состоящую из дисков, каталогов и файлов. Файлом называется поименованный набор данных, хранящийся во внешней памяти, а каталоги представляют собой промежуточный элемент структуры. В каталоге (каталоги называют также директориями или папками) могут содержаться другие каталоги и файлы. Диски – это каталоги высшего уровня.

Файловая система скрывает от пользователя картину фактического размещения данных во внешней памяти, оставляя ему лишь возможности для самых общих операций: поиска файла по наименованию, открытия и закрытия файла, копирования файла из одного места в другое, получения учетной информации о файле. Все остальные проблемы, связанные с определением физического расположения файла на диске и использования данных файла заданном образом, возлагаются на систему управления файлами.

Типовые операции с файлами включают:

• создание, удаление, чтение в оперативную память, перезапись измененных данных с любого внешнего носителя;

• доступ к файлам по символьным именам;

• возможность доступа к файлам других пользователей;

• управление доступом к собственным файлам;

• восстановление файлов в случае повреждения.

Кроме этого, файловая подсистема должна:

• обеспечить поддержку различных внешних носителей;

• оптимизировать размещение и доступ к файлами;

• исключить или минимизировать потери данных;

• обеспечить индивидуальный и коллективный доступ к файлам в многопользовательской среде.

Чтобы точно идентифицировать файл, необходимо указать имя диска, последовательность имен всех вложенных каталогов, последний из которых содержит файл, а затем полное имя самого файла (которое обычно состоит из имени и расширения). Имеются отдельные особенности написания полного имени файлов и каталогов в разных операционных системах.

Для работы с каталогами и файлами операционная система использует таблицу, в которой заданы адреса их размещения на диске. Эта таблица называется FAT – File Allocation Table. Хотя файл с логической точки зрения представляет собой единый набор данных, физически он может размещаться на диске несколькими блоками. Поэтому таблица FAT позволяет переходить от одного фрагмента файла к другому.

В операционной системе есть утилиты, которые имеют дело с физическими адресами файлов и обеспечивают непосредственную работу с файлами. Для чтения файла в память операционная программа выделяет буфер стандартного размера. Прикладная программа, читающая данные из файла, на самом деле читает данные из буфера, а перемещает нужные данные из файла в буфер система управления файлами. Аналогично, при записи в файл программа помещает данные в буфер, откуда они записываются в файл.

Файловая система должна обеспечивать доступ к одним и тем же файлам со стороны нескольких пользователей. Для этого в таблице FAT наряду с адресной информацией хранится информация о владельце данного файла и уровне его секретности. Используется широкий диапазон уровней доступа пользователей к файлам.