Автоматизация

Вид материала

Документы

Содержание Диспетчер памяти и страничная организация Директивы управления памятью и передачи данных Виртуальное адресное окно Rdb1: rdbbk $ 768., reg1, gen Wdb: wdbbk $ 1,768.,0,0,768. Mov rdb1 + r.gid? wdb+w.nrid Mcall rdbbk $ rdbd Psect data Vsect = data:20000:49152. Mcall rdbbk $, rdbdf $, wdbbk $ , wdbdf $ , setf $ с Mov rdb1+r.gid, wdb+w.nrid Psect data Psect datar Vsect = datar : 40000 : 49152. wndws = 1 Rdbr: rdbbk Mov wdbr+w.nrid,rdbr+r.gid Разделяемые районы Common /ped/m(10) Stack = о Set/top = gen:-1 ... Полное содержание

Подобный материал:

• В. И. Харитонов > К. И. Меша Одобрено методической > С. С. Драгунов комиссией факультета, 321.05kb.
• Темы курсовых проектов Автоматизация учета налогоплательщиков (НП) физических и юридических, 19.54kb.
• Автоматизация бухгалтерского учета нужна ли она?, 216.55kb.
• Программа вступительного экзамена по приему в магистратуру по специальности 6М070200, 225.94kb.
• Автоматизация работы программ расчета, 29.26kb.
• Автоматизация и моделирование работы предприятий по строительству промышленных объектов, 445.96kb.
• Автоматизация процессов мониторинга объектов железнодорожной инфраструктуры на основе, 315.84kb.
• К рабочей программе учебной дисциплины «Интегрированные системы проектирования и управления»», 31.58kb.
• Автоматизация процесса формирования индивидуальных учебных планов в системе переподготовки, 256.55kb.
• Темы курсовых работ По дисциплине «Бухгалтерские информационные системы» Автоматизация, 14.74kb.

§ 8.5. УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ


Диспетчер памяти и страничная организация

Принятая для конкретной ЭВМ длина машинного слова и регистров общего назначения определяет диапазон адресов, которые могут использоваться в задаче и соответственно ее максимальный размер. Для 16-разрядных машин типа СМ-4 максимальный адрес, который может быть записан в машинном слове или РОН, составляет 177776 = 64К. Поскольку при выполнении задачи в конечном счете происходит обращение ко всем ее адресам, размер любой задачи вместе с данными не должен превышать 64К байт или 32К слов. При работе на ЭВМ «Электроника-60», в которых отсутствует аппаратура диспетчера памяти, максимальный размер задачи еще меньше. Дело в том, что последние 4К слов адресного пространства отводятся под адреса регистров внешних устройств. В распоряжении программиста остается только 28К слов адресного пространства. Поэтому размер задачи вместе с данными, так же как и размер оперативной памяти на этих машинах, не может превышать 28К слов. Если ЭВМ укомплектована оперативной памятью общим-объемом 32К слов, то последние 4К слов памяти не используются, если же в задаче пользователя встречается обращение к адресам с 160000 по 177776, процессор интерпретирует эти адреса как адреса регистров внешних устройств (или внутренних регистров процессора).

Обычно допустимый размер задачи пользователя еще меньше. Действительно, часть оперативной памяти и соответственно, часть адресного пространства заняты резидентными программами операционной системы. Например, монитор РАФОС вместе с основными программами обслуживания пользователя занимает около 8К слов памяти. Если же условия проведения эксперимента требуют реали­зации оперативно-фонового режима, когда в оперативной памяти одновременно находятся две задачи пользователя, на каждую из них приходится еще меньшая часть адресного пространства.

Не так обстоит дело на ЭВМ СМ-4, которая содержит специальную аппаратуру - диспетчер памяти. Наличие диспетчера памяти позволяет компоновать ЭВМ оперативной памятью, объем которой значительно превосходит непосредственно адресуемые 32К слов. В памяти в этом случае могут одновременно могут находиться несколько задач и, поскольку они еже не накладываются ни на область, занятую монитором, ни на страницу ввода - вывода, размер каждой задачи может доходить до 32К слов.

При организации многозадачного режима существенны понятия виртуальных и физических адресов.

Виртуальные адреса — это некоторые условные адреса, назначаемые строкам загрузочного модуля (образа задачи) компоновщиком. Обычно образ задачи состоит из заголовка, в который заносится служебная информация о характеристиках задачи, стека задачи и собственно области задачи, в которую входят программные строки и поля данных (рис. 8.6). Компоновщик начинает отсчет виртуальных адресов образа задачи от нуля. Таким образом, заголовок задачи начинается с адреса 0, стек задачи, например, с адреса 222, и если стек занимает 256₁₀ слов, то собственно программа пользователя начинается с адреса 1222. При этом, поскольку компоновщик обрабатывает все программы одинаково, загрузочные модули всех скомпонованных задач имеют одинаковые виртуальные адреса.

В функции диспетчера памяти входит преобразование виртуальных адресов каждой задачи в физические адреса оперативной памяти. Практически это сводится к формированию определенного смещения, добавляемого ко всем виртуальным адресам данной задачи. Разные задачи имеют, естественно, разные смещения.

Рассмотрим рис. 8.7. Первая задача Т1 длинной 32К слов занимает все возможное пространство виртуальных адресов от 0 до 177776. Она получила смещение 100000 и занимает в памяти физические адреса с 100000 по 277776. Задача Т2 такой же длины имеют виртуальные адреса, также начинающиеся с нуля, но, получив в диспетчере памяти смещение 300000, она занимает физические адреса с 300000 по 477776. Наконец, задача ТЗ длиной 4К свое размещена в памяти, начиная с адреса 540000.

Процесс преобразования виртуальных адресов в физические носит название отображения. В рассмотренном примере все виртуальные адреса каждой задачи получали одинаковое смещение и, таким образом, задачи отображались на нераз­рывные области физического пространства адресов. Вообще говоря, это не обязательно. Задача (в первую очередь это относится к привилегированным задачам) может занимать в памяти несколько несвязных участков. В этом случае отдельные участки задачи имеют различные смещения.

Виртуальные адреса отображаются на физические с помощью специального набора 32-разрядных регистров диспетчера памяти, носящих название регистров активных страниц (РАС). Каждый РАС состоит из регистра адреса страницы, куда, собственно, и заносится смещение, определяющее отображение данной страницы, и регистра описания страницы, содержащего характеристики страницы (вид доступа, длину страницы и т. д.).

Страницей называют область адресного пространства (виртуального или физи­ческого) размером 4К слов или менее. Минимальный размер страницы —32 слова.




Рис. 8.6. План загрузочного модуля (слева указаны виртуальные адреса)




Рис. 8.7 Размещение в памяти нескольких задач (слева указаны виртуальные адреса задач, справа — физические адреса оперативной памяти)




Рис. 8.8. Вариант отображения виртуальных страниц на физические для привилегированной задачи.


Виртуальные страницы начинаются с адресов, кратным 4К: 0, 20000, 40000 и т. д. Для физических страниц это ограничение отсутствует. Полное виртуальное пространство задачи, таким образом, состоит из восьми страниц по 4К слов каждая. За каждой виртуальной страницей однозначно закреплен один из РАС: РАС 0 отображает нулевую виртуальную страницу (с виртуальным адресом 0), РАС 1 — первую страницу ( с виртуальным адресом 20000) и т. д.

На рис. 8.8 показан возможный вариант отображения задачи. Первые пять РАС содержат нулевое смещение и соответственно первые 20К слов виртуального пространства задачи отображаются на неразрывную область в самом начале оперативной памяти, РАС 5 и РАС 6 содержат смещение 310000, что обеспечивает размещение в памяти 5-й и 6-й виртуальных страниц задачи, начиная с адреса 430000. Наконец, последняя виртуальная страница задачи через РАС 7 отображается на страницу ввода-вывода, обеспечивая возможность обращения к регистрам ВУ. Приведенное на рис. 8.8 отображение характерно для привилегированных задач, которые через РАС 0—4 имеют доступ к системным управляющим программам и таблицам.

Загрузка любой задачи в оперативную память связана с отображением ее виртуальных адресов на физические. Обычно этим процессом управляет операцион­ная система, которая назначает смещения для каждой задачи таким образом, чтобы задачи не накладывались в памяти друг на друга. Однако в некоторых практически важных случаях программисту при написании программы приходится вмешиваться в процесс отображения: определять номера используемых РАС, задавать размер и содержание виртуальных страниц и т. д. К таким случаям относятся, например, организации управления нестандартными ВУ, создание комплексов взаимодействую­щих программ реального времени, расширение адресного пространства задачи за пределы 32К слов и др.

Написание таких программ требует знания изложенных выше вопросов.


Директивы управления памятью и передачи данных

Директивы управления памятью дают возможность:

расширять адресное пространство задачи за пределы 32К. слов;

передавать массивы данных из задачи в задачу, если задачи образуют связный программный комплекс;

использовать несколько задач общих областей памяти, в которые поме­щаются, например, библиотеки универсальных подпрограмм.

Для работы с директивами управления памятью необходимо освоить понятия окон и районов.

Виртуальное адресное окно представляет собой область виртуальных адресов, отображаемую на связную область памяти. Окно может включать одну или несколь­ко виртуальных страниц. Минимальный размер окна соответствует минимальному размеру страницы и составляет 32 слова, максимальный соответствует восьми полным страницам и составляет 32К слов (строго говоря, 32К слов - 32 слова). Так же, как и виртуальные страницы, виртуальные окна должны начинаться на границе 4К слов. Таким образом, каждая задача содержит от одного до восьми окон, причем количество окон определяется количеством раздельных областей памяти, на которые отображается задача. Так, на рис. 8.7 все задачи содержат по одному окну. Задача на рис. 8.8 содержит три окна. Окна нумеруются от 0 до 7, при этом идентификатор 0 всегда имеет окно, содержащее заголовок задачи, ее стек и корневой сегмент задачи, т. е. часть задачи, постоянно находящуюся в памяти.

Области оперативной памяти, на которые отображаются окна, называются районами. Каждый район имеет идентификатор, который определяется при образовании района. Кроме того, районы, создаваемые пользователем, могут иметь имена. Район, на который отображается окно 0, называется районом задачи и имеет идентификатор 0. Сумма всех районов, с которыми работает данная задача, образует ее логическое адресное пространство.

Рассмотрим на примере возможности динамического управления памятью.

Пусть задача TASK.1 (рис. 8.9) должна принять из физической установки дан­ные и записать их в порядке поступления (без сортировки) в оперативную память. Общий объем принимаемых данных составляет 48К слов, что превышает допусти­мый объем виртуального пространства. Пусть далее задача TASK2 должна обработать принятые данные, например, сгруппировать их по определенным признакам. Сгруппированные данные занимают 4К слов. Результат группировки выводится на магнитный диск.

Разделим виртуальное пространство задачи TASK1 на два окна: окно 0 размером 4К слов, в которое входит заголовок задачи и программные строки приема данных и записи их в память, и окно 1 размером 24К слов под массив прини­маемых данных. Окно 0 отображается на район 0 автоматически при загрузке задачи в память. Задача, начав выполняться, производит отображение окна 1 на район REQ1, увеличив пространство доступных ей физических адресов до 28К слов. После этого задача начинает принимать данные и располагать их по последовательным виртуальным адресам окна 1. Фактически данные записываются в память в район REG1. Приняв половину данных и заполнив район REG1, задача отображает то же пространство виртуальных адресов на новый район REG2 (отображение на район REG1 аннулируется) и продолжает располагать принимаемые данные по тем же виртуальным адресам окна 1. Эти данные фактически записываются в район REG2. В результате задаче TASK1 оказываются доступными в общей сложности 52К слов оперативной памяти —4К слов под программу и 48К слов под данные. Эти 52К слов образуют логическое пространство задачи.




Рис. 8.9. Использование окон и районов для увеличения адресного пространства задачи е передачи данных из задачи в задачу




Рис. 8.10. Блок описания района (слева указаны символические смещения)


Приняв данные, задача TASK1 активизирует задачу TASK2 и передает ей характеристики созданных ею районов. Виртуальное пространство задачи TASK2 также разделено на два окна. Окно 0 содержит кроме программы еще и поле данных объемом 4К слов под результат группировки. Окно 1 размером 24К слов служит для последовательного отображения на созданные задачей TASK1 районы REG1 и REG2 и обработки содержащих в них данных. После группировки данных из обоих районов задача TASK2 ликвидирует районы, освобождая оперативную память для других нужд, и передает сгруппированные данные из своего района 0 на магнитный диск. Пока длится эта операция, задача занимает лишь 8К слов оперативной памяти.

Для получения фактического доступа к району оперативной памяти задача должна последовательно выполнить следующие действия:

1. создать район. В физической памяти отводится запрошенное пространство с заданными атрибутами (имя, способ доступа и т. д.);
   
2. прикрепить задачу к району. Созданный район включается в логическое пространство задачи;
   
3. создать окно. Заданная область виртуальных адресов задачи включается в создаваемое виртуальное адресное окно с заданными атрибутами;
   
4. отобразить окно на район. Диспетчер памяти устанавливает соответствие виртуальных адресов, входящих в окно, физическим адресам созданного района. Задача получает возможность работать с содержимым оперативной _памяти в пре­делах района.
   

Все указанные действия выполняются с помощью системных директив управле­ния памятью. Многообразие функций этих директив и необходимость обмениваться большим количеством параметров требует специальных средств связи задачи пользователя и управляющих программ системы. Эти средства связи создает поль­зователь в виде двух структур: блока описания района (БОР) и блока описания окна (БОО). Эти блоки располагаются в поле данных задачи и снабжаются метками. Указание соответствующей метки в поле параметров используемой директивы позволяет передавать ей всю информацию, содержащуюся в блоке описания. Поскольку БОР и БОО находятся в поле данных задачи пользователя, их содержи­мое можно по мере необходимости уточнять и модифицировать.

Блок описания района (рис. 8. 10) состоит из шести полей, которым присвоены определенные символические смещения. Смещения используются в тех случаях, когда надо работать не целиком с блоком, а с отдельными его полями. Пример этого будет приведен далее.

БОР создается обычно с помощью специальной директивы RDBBK $ , в поле параметров которой пользователь указывает значения полей данных БОР. Рассмот­рим пример создания БОР для задачи TASK1 (см. рис. 8.9):


RDB1: RDBBK $ 768., REG1, GEN, < RS.ATT!RS.WRT!RS.RED >, 177400


Директива RDBBK $ резервирует восемь слов памяти, начиная с метки RDB1, и заполняет их указанными значениями параметров.

Первое слово БОР остается пустым. Значение идентификатора района заносится сюда системой после фактического создания района в памяти.

Параметр 768. обозначает размер района в блоках по 32 слова. 768₁₀ блоков соответствует 24К слов.

Параметры REG1 (имя района) и GEN (раздел памяти, в котором надлежит создать район) записываются в соответствующие поля БОР в коде RADIX-50.

Комбинация символических параметров в угловых скобках определяет статус района и записывается в виде условного кода в слово статуса БОР. Параметр RS.ATT указывает, что при создании района директивой CRRG $ должно произойти автоматическое прикрепление задачи к району. Если этот параметр не указан, то после создания района директивой CRRG $ следует прикрепить к нему задачу директивой ATRG $ . Параметры RS.WRT и RS.RED определяют способ доступа к району. Первый параметр разрешает запись в район, второй — чтение из района. Кроме указанных существуют и другие параметры доступа, например разрешение удаления района. Наконец, последний численный параметр определяет слово защиты района. Код защиты образуется следующим образом. Разряды 0—3 слова защиты характеризуют доступ к району операционной системе, разряды 4—7 — доступ пользователю, разряды 8-11 - группе, в которую входит пользователь, и разряды 12—15 —доступ всем остальным пользователям (рис. 8.11). В каждой четверке разряды обозначают (справа налево): разрешение чтения, записи, расши­рения и удаления. Установленный разряд указывает на запрещение доступа, сброшенный — на разрешение. Использованный в рассматриваемом примере код 177400 (он изображен на рис. 8.11) разрешает все виды доступа к району только системе и пользователю. Остальным пользователям все виды доступа запрещены. Изменяя содержимое слова защиты, можно, например, объявить район доступным всем пользователям для чтения и записи (код174400) или только для чтения (код 167400) либо дать все виды доступа всем пользователям данной группы (код 170000) и т. д.



Рис. 8.11. Слово защиты района


Блок описания окна (рис. 8.12}, так же как и БОР, состоит из восьми слов.

Создается БОО с помощью директивы WDBBK $ :


WDB: WDBBK $ 1,768.,0,0,768.,


Первый параметр указывает номер РАС, используемого для отображения окна (или первой страницы окна, если окно включает в себя несколько страниц). В примере на рис. 8.9 все программные строки задачи' TASK1 расположены на нулевой странице в окне 0, а строки данных занимают страницы 1—6 (окно 1). В этом случае базовым РАС для отображения окна 1 будет РАС 1. В задаче TASK.2 в окно 0 включены две страницы (0 и 1), окно 1 начинается со страницы 2 и базовым РАС будет РАС 2. Директива WDBBK заносит указанный номер РАС в старший байт первого слова БОО. Младший байт этого слова остается свободным. Система заполнит его идентификатором окна после создания окна (впрочем, он известен заранее и равен в нашем примере 1).

Второе слово БОО, предназначенное для виртуального базового адреса окна, остается свободным. Его заполнит система после создания окна (этот адрес тоже известен —он равен 20000).

Параметр 768. указывает размер окна в блоках по 32 слова. Размер окна в нашем примере равен размеру района, но вообще говоря, окно может быть и меньше района.

Третий параметр директивы WDBBK $ должен содержать идентификатор района, на который будет отображено данное окно. Однако этот идентификатор пользователю неизвестен. Его можно будет получить из соответствующего слова БОР после того, как район будет создан директивой CRRG $ , например, следующей программной строкой:


MOV RDB1 + R.GID? WDB+W.NRID


Четвертый параметр директивы WDBBK $ определяет смещение окна относительно начала района (в блоках по 32 слова). В нашем примере это смещение равно нулю, однако предусмотрена возможность отображать окно (если его размеры меньше размера района) на различные участки района) на различные участки района.

Пятый параметр 768. определяет размер области отображения (отображать можно часть окна).

Наконец, комбинация символических параметров в угловых скобках определяет статус окна. Параметр WS.RED разрешает задаче TASK2 чтение данных из района. При передаче задаче TASK2 района с данными с помощью программного запроса SREF $ ей также будет передан и способ доступа к этим данным. В рассматриваемом примере задаче TASK2 будет разрешено только чтение. Добавление параметра WS.WRT разрешит ей также и запись в район. Параметр WS.MAP не имеет отношение к передаче данных. Он требует автоматического отображения окна на район в процессе создания окна директивой CRAW $ . Если этот параметр не указан, то после создания окна надо его отобразить директивой MAP $ .





Рис. 8.12. Блок описания окна(слева указаны символические смещения)