8.5. Динамическое связывание

В начале рассмотрения принципов динамического связывания напомню особенности реализации программ с оверлейной структурой, поскольку такие программы являются как бы предвестником программ с динамической компоновкой.

8.5.1. Организация оверлейных программ

Главная цель организации оверлейных программ состоит в экономии оперативной памяти за счет загрузки различных модулей в одни и те же участки памяти по мере необходимости этих модулей.

Часто оверлейные программы описываются древовидными структурами. Рассмотрим пример.

┌───┐

│ А │ 1000

└─┬─┘1

┌────────────┼────────────┐

┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐

│ B │ 500 │ C │ 1000 │ D │ 700

└─┬─┘2 └───┘3 └─┬─┘4

┌────┴────┐ ┌────┴────┐

┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐ ┌─┴─┐

│ E │ 500 │ F │ 800 │ G │ 400 │ H │ 1000

└───┘5 └───┘6 └───┘7 └───┘8

Узлы дерева называют секциями или сегментами.

Буквами обозначены имена секций, числами - размеры секций.

Корневой сегмент (А - в примере) загружается в начале выполнения программы и находится в памяти до завершения ее выполнения. Остальные сегменты вызываются тогда, когда к ним происходит обращение. Как правило, они записываются в виде, готовом к исполнению, в специальный файл SEGFILE.

Секция А может вызывать секции B, C и D во время выполнения. Секция B может вызывать секции E и F, а секция D - секции G и H.

Секция В называется ОТЦОМ секций E и F, а секция D - ОТЦОМ секций G и H.

Если секция А вызвала секцию В, а та в свою очередь вызвала секцию F, то в памяти окажутся загруженными эти перечисленные секции A, B, F.

Если секция А вызвала секцию D, а та в свою очередь вызвала секцию G, то в памяти окажутся загруженными эти перечисленные секции A, D, G.

Поскольку сегменты одного уровня могут вызываться только из сегмента вышестоящего уровня, то они не могут потребоваться одновременно и, соответственно, могут загружаться в одну и ту же область памяти по мере необходимости.

Знание размеров сегментов позволяет определить адреса их загрузки во время вызовов.

Предположим, что сегмент А загружается с адреса 0000. Тогда следующая таблица дает начальные адреса загрузки сегментов:

Сегмент Размер Адрес загрузки

A 1000 0000

B 500 1000

C 1000 1000

D 700 1000

E 500 1500

F 800 1500

G 400 1700

H 1000 1700

Эта таблица показывает, что все адреса могут быть определены рассмотренными методами раннего связывания, отличие состоит в том, что "отец" может передать управление сегменту, который в этот момент не находится в оперативной памяти.

Если программа - оверлейная, то загрузчик добавляет к ней (точнее, к корневому, постоянно находящемуся в памяти сегменту) специальный сегмент, называемый менеджером оверлеев - OVLMGR, и специальную таблицу сегментов SEGTAB.

Команда обращения к процедуре некоторой секции транслируется в команду обращения к строке таблицы SEGTAB, описывающей эту секцию.

Таблица SEGTAB содержит для каждого сегмента:

1. начальный адрес загрузки сегмента;

2. адрес точки входа в процедуру сегмента;

3. адрес сегмента в файле SEGFILE;

4. команду передачи управления (признак загружен сегмент в память или нет).

Характер команды передачи управления определяется тем, загружен ли сегмент в оперативную память или нет.

Если сегмент загружен, то команда передачи управления - это команда перехода на точку входа в процедуру сегмента.

Если сегмент не загружен, то команда передачи управления - это команда перехода на точку входа специальной процедуры менеджера оверлеев.

Эта специальная процедура выполняет следующие действия:

1) из файла SEGFILE считывает содержимое нужного сегмента и располагает его по заданному адресу;

2) корректирует команду передачи управления данного сегмента в SEGTAB таким образом, чтобы обращение к ней вызывало не процедуру менеджера оверлеев, а осуществляло переход на требуемую точку входа процедуры сегмента (помечает сегмент как загруженный);

3) корректирует команду передачи управления сегмента, который затерт загрузкой нового вызванного сегмента, на команду вызова менеджера оверлеев (помечает сегмент как незагруженный);

4) повторяет действие 3) для всех загруженных потомков затертого сегмента, т. е. помечает их как незагруженные.

Ниже представлены карты памяти в состояниях, когда уже загружены сегменты В и Е (строки 2 и 5 таблицы помечены как загруженные, а повторный вызов В производится сразу через строку 2 таблицы ).

В это время происходит вызов сегмента С. Вызов производится через процедуру OVLMGR. Сегмент С загружается на место В, строки 2 и 5 помечаются как незагруженные, а строка 3 помечается как загруженная.

┌──────────┐ ┌──────────┐

│ OVLMGR ├<─┐ ┌─────┤ OVLMGR ├<─┐

├──────────┤ │ │ ├──────────┤ │

┌─────>┤ /////// 2├──┼─┐ │ │ 2│ │

│ ├──────────┤ │ │ │ ├──────────┤ │

│ ┌─>┤ 3├──┘ │ │ ┌─>┤ /////// 3├──┘

│ │ ├──────────┤ │ │ │ ├──────────┤

│ │ │ 4│ │ │ │ │ 4│

│ │ ├──────────┤ │ │ │ ├──────────┤

│ │ │ /////// 5│ │ │ │ │ 5│

│ │ ├──────────┤ │ │ │ ├──────────┤

│ │ │ 6│ │ │ │ │ 6│

│ │ ├──────────┤ │ │ │ ├──────────┤

│ │ │ 7│ │ │ │ │ 7│

│ │ ├──────────┤ │ │ │ ├──────────┤

│ │ │ 8│ │ │ │ │ 8│

│ │ ├──────────┤ │ │ │ ├──────────┤

└───┼──┤ CALL B A│ │ │ │ │ A│

└──┤ CALL C │ │ │ └──┤ CALL C │

├──────────┤ │ │ ├──────────┤

│ B├<───┘ └────>┤ C│

├──────────┤ └──────────┘

│ E│

└──────────┘