Управление памятью в MS DOS - раздел История, История операционных систем Так, Например, Процедура Управления Памятью Ms Dos Рассчитана На Случай, Когд...
Так, например, процедура управления памятью MS DOS рассчитана на случай, когда программы выгружаются из памяти только в порядке, обратном тому, в каком они туда загружались (на практике, они могут выгружаться и в другом порядке, но это явно запрещено в документации и часто приводит к проблемам). Это позволяет свести управление памятью к стековой дисциплине.
Каждой программе в MS DOS отводится блок памяти. С каждым таким блоком ассоциирован дескриптор, называемый МСВ— Memory Control Block (рис. 4.14). Этот дескриптор содержит размер блока, идентификатор программы, которой принадлежит этот блок, и признак того, является ли данный блок последним в цепочке. Нужно отметить, что программе всегда принадлежит несколько блоков, но это уже несущественные детали. Другая малосущественная деталь та, что размер сегментов и их адреса отсчитываются в параграфу размером 16 байт. Знакомые с архитектурой процессора 8086 должны вспомнить, что адрес МСВ в этом случае будет состоять только из сегментной части с нулевым смещением.
После запуска corn-файл получает сегмент размером 64Кбайт, а ехе — всю доступную память. Обычно ехе-модули сразу после запуска освобождают ненужную им память и устанавливают brklevel на конец своего сегмента, а потом увеличивают brklevel и наращивают сегмент по мере необходимости.
Естественно, что наращивать сегмент можно только за счет следующего за ним в цепочке МСВ, и MS DOS разрешит делать это только в случае, если этот сегмент не принадлежит никакой программе.
При запуске программы DOS берет последний сегмент в цепочке и загружает туда программу, если этот сегмент достаточно велик. Если он недостаточно велик, DOS говорит: "Недостаточно памяти" и отказывается загружать программу. При завершении программы DOS освобождает все блоки, принадлежавшие программе. При этом соседние блоки объединяются. Пока программы, действительно, завершаются в порядке, обратном тому, в котором они запускались, — все вполне нормально. Другое дело, что в реальной жизни возможны отклонения от этой схемы. Например, предполагается, что TSR-программы (Terminate, but Stay Resident - Завершиться и остаться резидентно (в памяти)) никогда не пытаются по-настоящему завершиться и выгрузиться. Тем не менее, любой уважающий себя хакер считает своим долгом сделать резидентную программу выгружаемой. У некоторых хакеров она в результате выбрасывает при выгрузке все резиденты, которые заняли память после нее. Другой пример — отладчики обычно загружают программу в обход обычной DOS-овской функции load & execute, а при завершении отлаживаемой программы сами освобождают занимаемую ею память.
Автор в свое время занимался прохождением некоторой программы под управлением отладчика. Честно говоря, речь шла о взломе некоторой игрушки... Эта программа производила какую-то инициализацию, а потом вызывала функцию DOS load & execute. Я об этом не знал и, естественно, попал внутрь новой программы, которую и должен был взламывать.
После нескольких нажатий комбинаций клавиш <CTRL>+<Break> я наконец-то вернулся в отладчик, но при каком-то очень странном состоянии программы. Покопавшись в программе с помощью отладчика в течение некоторого времени и убедившись, что она не хочет приходить в нормальное состояние, я вышел из отладчика и увидел следующую картину: системе доступно около 100 Кбайт в то время, как сумма длин свободных блоков памяти более 300 Кбайт, а размер наибольшего свободного блока около 200 Кбайт. Отладчик выходя, освободи свою память и память отлаживаемой программы, но не освободил память, выделенную новому загруженному модулю. В результате посредине памяти остался никому не нужный блок изрядного размера, помеченный как используемый. Самым обидным было то, что DOS не пыталась загрузить ни одну программу в память под этим блоком, хотя там было гораздо больше места, чем над ним.
В системах с открытой памятью невозможны эффективные средства разделения доступа. Любая программная проверка прав доступа может быть легко обойдена прямым вызовом "защищаемых" модулей ядра. Даже криптографические средства не обеспечивают достаточно эффективной защиты, потому что можно "посадить" в память троянскую программу, которая будет анализировать код программы шифрования и считывать значение ключа.
В заключение можно сказать, что основными проблемами многопроцессных систем без диспетчера памяти являются следующие.
□ Проблема выделения дополнительной памяти задаче, которая загружалась не последней.
□ Проблема освобождения памяти после завершения задачи — точнее, возникающая при этом фрагментация свободной памяти.
□ Низкая надежность. Ошибка в одной из программ может привести порче кода или данных других программ или самой системы.
□ Проблемы безопасности.
В системах с динамической сборкой первые две проблемы не так остры, поэтому что память выделяется и освобождается небольшими кусочками, по блоку на каждый объектный модуль, и код программы обычно не занимает непрерывного пространства. Соответственно такие системы часто разрешают и данным программы занимать несмежные области памяти.
Такой подход используется многими системами с открытой памятью -AmigaDOS, Oberon, системами программирования для транспьютера и т.д. Проблема фрагментации при этом не снимается полностью, однако для создания катастрофической фрагментации не достаточно двух загрузок задач и одной выгрузки, а требуется довольно длительная работа, сопровождающаяся интенсивным выделением и освобождением памяти.
В системе MacOS был предложен достаточно оригинальный метод борьбы с фрагментацией, заслуживающий отдельного обсуждения.
Все темы данного раздела:
История операционных систем
История развития операционных систем насчитывает уже много лет. В следующих разделах книги мы кратко рассмотрим некоторые основные моменты этого развития. Так как операционные систе
Онтогенез повторяет филогенез
После опубликования книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов» немецкий зоолог Эрнст Хэккель (Ernst Haeckel) сформулировал правило: «Онтогенез повторяет филогенез». Сказав это, он
Основные функции операционных систем
По современным представлениям ОС должна уметь делать следующее.
□ Обеспечивать загрузку пользовательских программ в оперативную память и их исполнение (этот пункт не относится к ОС,
ДОС (Дисковые Операционные Системы)
Это системы, берущие на себя выполнение только первых четырех функций. Как правило, они представляют собой некий резидентный набор подпрограмм, не более того. ДОС загружает пользовательскую програ
ОС общего назначения
К этому классу относятся системы, берущие на себя выполнение всех вышеперечисленных функций. Разделение на ОС и ДОС идет, по-видимому, от систем IBM DOS/360 и OS/360 для больших компьютеров этой ф
Системы виртуальных машин
Такие системы стоят несколько особняком. Система виртуальных машин — это ОС, допускающая одновременную работу нескольких программ, но создающая при этом для каждой программы иллюзию того, что маши
Системы реального времени
Это системы, предназначенные для облегчения разработки так называемых приложений реального времени — программ, управляющих некомпьютерным оборудованием, часто с очень жесткими ограничениями
Средства кросс-разработки
Это системы, предназначенные для разработки программ в двухмашинной конфигурации, когда редактирование, компиляция, а зачастую и отладка кода производятся на инструментальной машине (в англоязычной
Системы промежуточных типов
Существуют системы, которые нельзя отнести к одному из вышеперечисленных классов. Такова, например, система RT-11, которая, по сути своей, является ДОС, но позволяет одновременное исполнение неско
Семейства операционных систем
Часто можно проследить преемственность между различными ОС, необязательно разработанными одной компанией. Отчасти такая преемственность обусловлена требованиями совместимости или хотя бы переносим
Выбор операционной системы
Выбор типа операционной системы часто представляет собой нетривиальную задачу. Некоторые приложения накладывают жесткие требования, которым удовлетворяет только небольшое количество систем. Напри
Проблема
Организация имеет двенадцать велосипедов. Стоит задача: перевезти рояль. Что делать? Грузовик не предлагать...
Основная проблема MS Windows состоит вовсе не в том, что это не "настоя
Открытые системы
Альтернативой закрытым решениям является концепция открытых систем. Идея открытых систем исходит из того, что для разных задач необходимы разные системы — как специализированные, так и системы обще
Представление данных в вычислительных системах
Современные компьютеры оперируют числовыми данными в двоичной системе счисления, а нечисловые данные (текст, звук, изображение) так или иначе переводят в цифровую форму (оцифровывают).
В
Представление текстовых данных
Все используемые способы представления текстовых данных, так или иначе, сводятся к нумерации символов алфавита (или множества символов системы письменности интересующего нас языка,
Представление изображений
Все известные форматы представления изображений (как неподвижных, так и движущихся) можно разделить на растровые и векторные.
В векторном формате изображ
Представление звуков
Два основных подхода к хранению звуковых файлов можно сопоставить с векторным и растровым способами хранения изображений: это MIDI и подобные ему форматы, и оцифрованный звук.
Упаковка данных
Данные многих форматов имеют значительный объем, поэтому их хранение и передача зачастую требуют значительных ресурсов. Одним из способов решения этой проблемы является повышение емкости запомина
Контрольные суммы
Хранение данных и их передача часто сопровождается или может сопровождаться ошибками. Приемнику и передатчику информации необходимо знать, что данные в потоке должны соответствовать определенным п
Загрузка программ
Выяснив, что представляет собой программа, давайте рассмотрим процедуру ее загрузки в оперативную память компьютера (многие из обсуждаемых далее концепций, впрочем, в известной мере применимы и к
Создание процессов в Unix
В системах семейства Unix новые процессы создаются системным вызовом fork. Этот вызов создает два процесса, образы которых в первый момент полностью идентичны, у них различается только значение, в
Абсолютная загрузка
Первый, самый простой, вариант состоит в том, что мы всегда будем загружать программу с одного и того же адреса. Это возможно в следующих случаях.
□ Система может предоставить каждом
Формат загрузочного модуля a.out
В системе UNIX на 32-разрядных машинах также используется абсолютная загрузка. Загружаемый файл формата a.out (современные версии Unix используют более сложный формат загружаемого модуля и более
Относительная загрузка
Относительный способ загрузки состоит в том, что мы загружаем программу каждый раз с нового адреса. При этом мы должны настроить ее на новые адреса. При использовании в коде программы абсолю
Оверлеи (перекрытия)
Смысл оверлея состоит в том, чтобы не загружать программу в память целиком, а разбить ее на несколько модулей и помещать их в память по мере необходимости. При этом на одни и те же адреса
Сборка программ
В большинстве современных языков программирования программа состоит из отдельных слабо связанных модулей. Как правило, каждому такому модулю соответствует отдельный файл исходного текста.
Типичный объектный модуль содержит следующие структуры данных.
□ Таблицу перемещений, т. е. таблицу ссылок на перемещаемые объекты внутри модуля.
□Таблицу ссылок на внешние объекты. Иногда это называется таб
Объектные библиотеки
Крупные программы часто состоят из сотен и тысяч отдельных модулей. Кроме того, существуют различные пакеты подпрограмм, также состоящие из большого количества модулей. Один из таких пакетов
Сборка в момент загрузки
Как мы видели в предыдущем разделе, объектные модули и библиотеки содержат достаточно информации, чтобы собирать программу не только заранее, но и непосредственно в момент загрузки. Этот способ,
Программные модули в N9000
В этих архитектурах каждый объектный модуль соответствует одному модулю в смысле языка высокого уровня Oberon (или NIL— N9000 Instrumental Language). Далее мы будем описывать архитектуру системы N9
Динамические библиотеки
В Windows и OS/2 используется именно такой способ загрузки. Исполняемый модуль в этих системах содержит ссылки на другие модули, называемые DLL (Dynamically Loadable Library, динамически загружае
Загрузка самой ОС
При загрузке самой ОС возникает специфическая проблема: в пустой м шине, скорее всего, нет программы, которая могла бы это сделать. В системах, в которых программа находится в ПЗУ (или другой энерг
Загрузка Sun Solaris
Полный цикл загрузки Solaris (версия Unix System V Release 4, поставляющаяся фирмой Sun) на компьютерах х86 происходит в шесть этапов. Первые три этапа стандартны для всех ОС, работающих на IBM PC
Управление оперативной памятью
Основной ресурс системы, распределением которого занимается ОС — это оперативная память. Поэтому организация памяти оказывает большое влияние на структуру и возможности ОС. В настоящее время сложил
Открытая память
Самый простой вариант управления памятью — отсутствие диспетчера памяти и возможность загружать в системе только один процесс. Именно так работают СР/М и RT-11 SJ (Single-Job, однозадачная). В эти
Алгоритмы динамического управления памятью
При динамическом выделении памяти запросы на выделение памяти формируются во время исполнения задачи. Динамическое выделение, таким образом, противопоставляется статическому, когда за
Сборка мусора
Явное освобождение динамически выделенной памяти применяется во многих системах программирования и потому привычно для большинства программистов, но оно имеет серьезный недостаток: если программист
Открытая память (продолжение)
Описанные выше алгоритмы распределения памяти используются не операционной системой, а библиотечными функциями, присоединенными к программе. Однако ОС, которая реализует одновременную загрузку (но
Управление памятью в MacOS и Win16
В этих системах предполагается, что пользовательские программы не сохраняют указателей на динамически выделенные блоки памяти. Вместо этого каждый такой блок идентифицируется целочисленным дескрип
Системы с базовой виртуальной адресацией
Как уже говорилось, в системах с открытой памятью возникают большие сложности при организации многозадачной работы. Самым простым способом разрешения этих проблем оказалось предоставление каждому
Компьютер и внешние события
Практически все функции современных вычислительных систем, так или иначе, сводятся к обработке внешних событий. Единственная категория приложений, для которых внешние события совершенно неактуальны
Канальные процессоры и прямой доступ к памяти
Одно из решений состоит в том, чтобы завести отдельный процессор и поручить ему всю работу по опросу. Процессор, занимающийся только организацией ввода-вывода, называют периферийным
Централизованный контроллер, устанавливаемый на системной плате и способный работать с несколькими различными устройствами.
В качестве альтернативы ПДП можно предложить снабжение устройство буфером, который работает с частотой системной шины. Центральный процессор передает данные в буфер, и лишь когда
Прерывания
Альтернатива опросу, применяемая практически во всех современных процессорах, называется прерываниями (interrupt), и состоит в значительном усложнении логики обработк
ИСКЛЮЧЕНИЯ
Многие процессоры используют механизм, родственный прерываниям, для обработки не только внешних, но и внутренних событий (исключительные ситуации – отсутствие страницы, ошибки дост
Многопроцессорные архитектуры
Как уже говорилось, относительно большие накладные расходы, связанные с обработкой прерываний, нередко делают целесообразным включение в систему дополнительных процессоров. Есть и другие доводы в п
Порядок доступа к памяти в SPARC
Современные процессоры предоставляют возможность управлять порядком доступа команд к памяти. Например, у микропроцессоров SPARCv9 определены три режима работы с памятью (модели памяти), переключае
Новости и инфо для студентов