17.Способы загрузки программ. Относительная и абсолютная загрузка. Загрузка операционной системы.

Абсолютная загрузка. Самый простой вариант состоит в том, что мы всегда будем загружать программу с одного и того же адреса. Это возможно если: система может предоставить программе свое адресное пространство, Система может исполнять в каждый момент только одну программу. Такой модуль называется абсолютным загрузочным модулем – это копия содержимого виртуального пространства проги в момент ее запуска. В системе UNIX используется абсолютная загрузка. Загружаемый файл начинается с заголовка, который содержит: ''магическое число'' - признак того, что это загружаемый модуль, число TEXT_SIZE - длину области кода программы (TEXT), DATA_SIZE - длину области инициализованных данных программы (DATA), BSS_SIZE - длину области неинициализованных данных программы (BSS), Стартовый адрес программы. За заголовком следует содержимое областей TEXT и DATA. Затем может следовать отладочная информация. При загрузке система выделяет программе TEXT_SIZE байтов виртуальной памяти, доступной для чтения/исполнения, и копирует туда содержимое сегмента TEXT. Затем отматывается DATA_SIZE байтов памяти, доступной для чтения/записи, и туда копируется содержимое сегмента DATA. Затем отматывается еще BSS_SIZE байтов памяти. После этого выделяется пространство под стек, в стек помещаются позиционные аргументы и среда исполнения, и управление передается на стартовый адрес. Программа начинает исполняться.

Относительная загрузка. Загрузка состоит в том, что мы грузим программу каждый раз с нового адреса. При этом мы должны настроить ее на новые адреса, а для этого прога представляет собой послед-ть команд. В процессорах 70-80-х гг у команды м.б. переменное количество таких полей(0-6). У современных RISC-процессоров кол-во полей меньше. Существуют три способа вычисления адреса в команде. 1: берется адресное поле и говорится, что это  будет наш виртуальный адрес. Это называется абсолютной адресацией

18. Процесс – абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу работы, заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

Понятие программы – это набор команд, который можно загрузить в память и на который можно передать управление. Часто программой называют цельный загрузочный модуль.

Процесс представляет собой программу, которая исполняется последовательно. При этом ее исполнение может быть прервано передачей управления другому процессу, но после этого оно должно быть возобновлено с той точки, где прервалось.

Состояние процессов: в многозадачной системе процесс может находиться в одном из трех основных состояний:

ВЫПОЛНЕНИЕ - активное состояние процесса, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ресурсами и непосредственно выполняется процессором;

ОЖИДАНИЕ - пассивное состояние процесса, процесс заблокирован, он не может выполняться по своим внутренним причинам, он ждет осуществления некоторого события, например, завершения операции ввода-вывода, получения сообщения от другого процесса, освобождения какого-либо необходимого ему ресурса;

ГОТОВНОСТЬ - также пассивное состояние процесса, но в этом случае процесс заблокирован в связи с внешними по отношению к нему обстоятельствами: процесс имеет все требуемые для него ресурсы, он готов выполняться, однако процессор занят выполнением другого процесса.

В ходе жизненного цикла каждый процесс переходит из одного состояния в другое в соответствии с алгоритмом планирования процессов, реализуемым в данной операционной системе. Типичный граф состояний процесса показан на рисунке

19. Контекст и дескриптор процесса

На протяжении существования процесса его выполнение может быть многократно прервано и продолжено. Для того, чтобы возобновить выполнение процесса, необходимо восстановить состояние его операционной среды. Состояние операционной среды отображается состоянием регистров и программного счетчика, режимом работы процессора, указателями на открытые файлы, информацией о незавершенных операциях ввода-вывода, кодами ошибок выполняемых данным процессом системных вызовов и т.д. Эта информация называется контекстом процесса.

Кроме этого, операционной системе для реализации планирования процессов требуется дополнительная информация: идентификатор процесса, состояние процесса, данные о степени привилегированности процесса, место нахождения кодового сегмента и другая информация. В некоторых ОС (например, в ОС UNIX) информацию такого рода, используемую ОС для планирования процессов, называют дескриптором процесса.

Дескриптор процесса по сравнению с контекстом содержит более оперативную информацию, которая должна быть легко доступна подсистеме планирования процессов. Контекст процесса содержит менее актуальную информацию и используется операционной системой только после того, как принято решение о возобновлении прерванного процесса.

Очереди процессов представляют собой дескрипторы отдельных процессов, объединенные в списки. Таким образом, каждый дескриптор, кроме всего прочего, содержит по крайней мере один указатель на другой дескриптор, соседствующий с ним в очереди. Такая организация очередей позволяет легко их переупорядочивать, включать и исключать процессы, переводить процессы из одного состояния в другое.

Программный код только тогда начнет выполняться, когда для него операционной системой будет создан процесс. Создать процесс - это значит:

1.                 создать информационные структуры, описывающие данный процесс, то есть его дескриптор и контекст;

2.                 включить дескриптор нового процесса в очередь готовых процессов;

3.                 загрузить кодовый сегмент процесса в оперативную память или в область свопинга.

3.  Если нужных данных нет, то они вместе со своим адресом копируются из оперативной памяти в кэш-память, и результат выполнения запроса передается в процессор. При копировании данных может оказаться, что в кэш-памяти нет свободного места, тогда выбираются данные, к которым в последний период было меньше всего обращений, для вытеснения из кэш-памяти. Если вытесняемые данные были модифицированы за время нахождения в кэш-памяти, то они переписываются в оперативную память. Если же эти данные не были модифицированы, то их место в кэш-памяти объявляется свободным. Если каждый блок основной памяти имеет только одно фиксированное место, на котором он может появиться в кэш-памяти, то такая кэш-память называется кэшем с прямым отображением (direct mapped). Это наиболее простая организация кэш-памяти, при которой для отображения адресов блоков основной памяти на адреса кэш-памяти просто используются младшие разряды адреса блока. Т.о., все блоки основной памяти, имеющие одинаковые младшие разряды в своем адресе, попадают в один блок кэш-памяти. Кэш с прямым отображением есть просто одноканальная множественно-ассоциативная кэш-память, а полностью ассоциативная кэш-память с m блоками может быть названа m-канальной множественно-ассоциативной. В современных процессорах используется кэш-память с прямым отображением, или двух- (четырех-) канальная множественно-ассоциативная кэш-память.

3 Если нужных данных нет, то они вместе со своим адресом копируются из оперативной памяти в кэш-память, и результат выполнения запроса передается в процессор. При копировании данных может оказаться, что в кэш-памяти нет свободного места, тогда выбираются данные, к которым в последний период было меньше всего обращений, для вытеснения из кэш-памяти. Если вытесняемые данные были модифицированы за время нахождения в кэш-памяти, то они переписываются в оперативную память. Если же эти данные не были модифицированы, то их место в кэш-памяти объявляется свободным. При ассоциативной организации кэша имеются несколько блоков, из кот. надо выбрать кандидата в случае промаха. Для замещения блоков применяются две основных стратегии: случайная и LRU. 1: блоки-кандидаты выбираются случайно. В некоторых системах, чтобы получить воспроизводимое поведение, которое полезно во время отладки аппаратуры, используют псевдослучайный алгоритм замещения. 2: все обращения к блокам фиксируются. Заменяется тот блок, который не использовался дольше всех (LRU - Least-Recently Used). Достоинство случайного способа заключается в том, что его проще реализовать в аппаратуре. Когда количество блоков для поддержания трассы увеличивается, алгоритм LRU становится все более дорогим и часто только приближенным. различия в долях промахов при использовании алгоритма замещения LRU и случайного алгоритма.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8