Защита адресного пространства задач в многозадачных ос.
Модель без защиты – системное и пользовательское адресные пространства не защищены друг от друга, используется два сегмента памяти: для кода и для данных; при этом от системы не требуется никакого управления памятью, не требуется MMU (memory management unit – специальное аппаратное устройство для поддержки управления виртуальной памятью). Модель защиты система/пользователь – системное адресное пространство защищено от адресного пространства пользователя, системные и пользовательские процессы выполняются в общем виртуальном адресном пространстве, при этом требуется MMU. Защита обеспечивается страничным механизмом защиты. Различаются системные и пользовательские страницы. Пользовательские приложения никак не защищены друг от друга. Процессор находится в режиме супервизора, если текущий сегмент имеет уровень 0, 1 или 2. Если уровень сегмента – 3, то процессор находится в пользовательском режиме. В этой модели необходимы четыре сегмента – два сегмента на уровне 0 (для кода и данных) и два сегмента на уровне 3. Механизм страничной защиты не добавляет накладных расходов, т.к. защита проверяется одновременно с преобразованием адреса, которое выполняет MMU; при этом ОС не нуждается в управлении памятью. Модель защиты пользователь/пользователь – к модели система/пользователь добавляется защита между пользовательскими процессами; требуется MMU. Как и в предыдущей модели, используется механизм страничной защиты. Все страницы помечаются как привилегированные, за исключением страниц текущего процесса, которые помечаются как пользовательские. Таким образом, выполняющийся поток не может обратиться за пределы своего адресного пространства. ОС отвечает за обновление флага привилегированности для конкретной страницы в таблице страниц при переключении процесса. Как и в предыдущей модели используются четыре сегмента. Модель защиты виртуальной памяти – каждый процесс выполняется в своей собственной виртуальной памяти, требуется MMU. У каждого процесса имеются свои собственные сегменты и, следовательно, своя таблица описателей. ОС несет ответственность за поддержку таблиц описателей. Адресуемое пространство может превышать размеры физической памяти, если используется страничная организация памяти совместно с подкачкой. Однако в системах реального времени подкачка обычно не применяется из-за ее непредсказуемости. Для решения этой проблемы доступная память разбивается на фиксированное число логических адресных пространств равного размера. Число одновременно выполняющихся процессов в системе становится ограниченным.
Физические принципы I/O.
RAM
CPU
ШД ША ШУ
I/O
I/O
I/O 
Линия – электрическое соединение.
Шина – набор линий объединенных общим смыслам.
Разрядность шины – количество входящих линий.
Выделяют шины:
Шина адреса. Используется для указания номера ячейки памяти или порта ввода вывода, с которым производится обмен данными процесса.
Шина данных. Используется для передачи данных от процессора в ячейку памяти или порт ввода вывода или наоборот.
Шина управления. Используется для указания режима работы (чтения или записи) и источника или получателя данных (память или порты ввода вывода.
Шина данных, шина адреса и шина управления формируют центральную магистраль компьютера.
Порт ввода вывода – это точка подключения центральной магистрали к устройству ввода вывода. Адресное пространство портов ввода вывода – это множество номеров подключенных к системе или центральной магистрали устройств ввода вывода.
При записи в память, процессор устанавливает на шине адреса адрес нужной ячейки, на шине данных значение, которое должно быть записано, на шине управления – режим работы запись в память. Микросхема памяти, увидев этот режим на шине управления, заносит значение с шины данных в ячейку, указанную в шине адреса. Запись в порт ввода вывода происходит аналогично, но на шине управления указывается режим записи на устройство ввода вывода; Сам процесс вывода устройства будет длительным и начнется после передачи процессором нескольких значений в порт ввода вывода.
Классификация устройств ввода-вывода.
Монопольного владения и разделяемые устройства.
Символьные и блочные - символьные передают за один цикл один байт, блочные - несколько
Ус-во ввода и ус-во вывода и ус-во в\в
Сетевые ус-ва
Контроллеры устройств ввода-вывода.
Контроллер – это аппаратное устройство, которое обеспечивает стандартизированный интерфейс подключения устройства ввода вывода к аппаратной части компьютера и непосредственно управляется работой данного устройства ввода вывода.
Контроллер включает в себя порты ввода, вывода, управления. Каждый из них может иметь свой номер, либо все могут адресоваться под одним номером и различаться в зависимости от режима работы на шине управления.
Драйвер – программа, которая обеспечивает стандартизированный интерфейс подключения устройства к ОС на программном уровне.
Контроллер и драйвер разрабатываются производителем ус-в в/в для конкретных ОС, обеспечивают реализацию принципа независимости программ от внешних ус-в.
Прямой доступ к памяти (DMA). DMA – Прямой доступ к памяти. Несколько каналов DMA , т.е. электрических соединений между устройствами ввода вывода и памятью позволяют производить обмен данными между памятью и устройством ввода вывода напрямую без непосредственного участи процессора.
Логические принципы ввода/вывода. Все, что необходимо сделать пользователю при подключении нового устройства, – это отобразить порты устройства в соответствующее адресное пространство, определить, какой номер будет соответствовать прерыванию, генерируемому устройством, и, если нужно, закрепить за устройством некоторый канал DMA. Для нормального функционирования hardware этого будет достаточно.
Структура системы ввода-вывода.
Перечень нескольких направлений (далеко не полный), по которым различаются устройства.
Скорость обмена информацией может варьироваться в диапазоне от нескольких байтов в секунду (клавиатура) до нескольких гигабайтов в секунду (сетевые карты).
Одни устройства могут использоваться несколькими процессами параллельно (являются разделяемыми), в то время как другие требуют монопольного захвата процессом.
Устройства могут запоминать выведенную информацию для ее последующего ввода или не обладать этой функцией. Устройства, запоминающие информацию, в свою очередь, могут дифференцироваться по формам доступа к сохраненной информации: обеспечивать к ней последовательный доступ в жестко заданном порядке или уметь находить и передавать только необходимую порцию данных.
Часть устройств умеет передавать данные только по одному байту последовательно ( символьные устройства ), а часть устройств умеет передавать блок байтов как единое целое (блочные устройства ).
Существуют устройства, предназначенные только для ввода информации, устройства, предназначенные только для вывода информации, и устройства, которые могут выполнять и ввод, и вывод.
Два нижних уровня этой слоеной системы составляет hardware: сами устройства, непосредственно выполняющие операции, и их контроллеры, служащие для организации совместной работы устройств и остальной вычислительной системы. Следующий уровень составляют драйверы устройств ввода-вывода, скрывающие от разработчиков операционных систем особенности функционирования конкретных приборов и обеспечивающие четко определенный интерфейс между hardware и вышележащим уровнем – уровнем базовой подсистемы ввода-вывода, которая, в свою очередь, предоставляет механизм взаимодействия между драйверами и программной частью вычислительной системы в целом.
