Виртуальное адресное пространство процесса

Основные принципы построения ОС

Операционная система, ОС (англ. operating system) — базовый набор функций, обеспечивающий управление аппаратными средствами компьютера.

ОС позволяет абстрагироваться от деталей реализации аппаратного обеспечения, предоставляя разработчикам программного обеспечения минимально необходимый набор функций. С точки зрения обычных пользователей компьютерной техники ОС включает в себя и программы пользовательского интерфейса.

Среди множества принципов построения ОС перечислим несколько наиболее важных:

- принцип модульности,

- принцип виртуализации,

- принципы мобильности (переносимости) и совместимости,

- принцип открытости,

- принцип генерации ОС из программных компонентов и некоторые другие.

Принцип модульности

Под модулем в общем случае понимают функционально законченный элемент системы, выполненный в соответствии с принятыми межмодульными интерфейсами. По своему определению модуль предполагает легкий способ его замены другим при наличии заданных интерфейсов.

Большое значение при построении ОС имеют привилегированные, повторно входимые и реентерабельные модули.

Повторно ( в отличие от однократно используемых – могут быть правильно выполнены только один раз, то есть в процессе своего выполнения могут испортить себя) используемые программные модули могут быть непривилегированными, привилегированными и реентерабельными.

Реентерабельные модули допускают повторное многократное прерывание своего исполнения и повторный запуск по обращению из других задач.

Привилегированные программные модули работают в так называемом привилегированном режиме, то есть при отключенной системе прерываний, когда никакие внешние события не могут нарушить естественный порядок вычислений.

Принцип виртуализации

Наиболее законченным и естественным проявлением концепции виртуальности является понятие виртуальной машины. Примером реализации принципа виртуализации может служить VMD –машина (Virtual DOS Machine) – защищенная подсистема, предоставляющая полную среду типа MS DOS и консоль для выполнения DOS- приложений.

Такие VMD-машины имеются в ОС Windows (не все ОС компании Microsoft поддерживают VMD-машины), в OS\2, в Linux.

Архитектура памяти в Windows

Архитектура памяти, используемая в операционной системе, — ключ к пониманию того, как система делает то, что она делает.

Когда начинаешь работать с новой операционной системой, всегда возникает масса вопросов. Как разделить данные между двумя приложениями? Где хранится та или иная информация? Как оптимизировать свою программу? Список вопросов можно продолжить.

Обычно знание того, как система управляет памятью, упрощает и ускоряет поиск ответов па эти вопросы. Поэтому рассмотрим архитектуру памяти, применяемую в Microsoft Windows.

Виртуальное адресное пространство процесса

Каждому процессу выделяется собственное виртуальное адресное пространство. Для 32-разрядных процессов его размер составляет 4 Гб. Соответственно 32-битный указатель может быть любым числом от 0x00000000 до 0xFFFFFFFF.

Всего, таким образом, указатель может принимать 4 294 967 296 значений, что как раз и перекрывает четырехгигабайтовый диапазон.

Для 64-разрядных процессов размер адресного пространства равен 16 экзабайтам, поскольку 64-битный указатель может быть любым числом от 0x00000000 00000000 до 0xFFFFFFFF FFFFFFFF и принимать 18 446 744 073 709 551 616 значений, охватывая диапазон в 16 экзабайтов, Весьма впечатляюще!

Поскольку каждому процессу отводится закрытое адресное пространство, то, когда в процессе выполняется какой-нибудь поток, он получает доступ только к той памяти, которая принадлежит его процессу Память, отведенная другим процессам, скрыта от этого потока и недоступна ему

Итак, адресное пространство процесса закрыто. Отсюда вытекает, что процесс А в своем адресном пространстве может хранить какую-то структуру данных по адресу 0x12345678, и одновременно у процесса В по тому же адресу — но уже в его адресном пространстве — может находиться совершенно иная структура данных. Обращаясь к памяти по адресу 0x12345678, потоки, выполняемые в процессе А, получают доступ к структуре данных процесса А, но, когда по тому же адресу

обращаются потоки, выполняемые в процессе В, они получают доступ к структуре данных процесса В. Иначе говоря, потоки процесса А не могут обратиться к структуре данных в адресном пространстве процесса В, и наоборот.

А теперь вспомните, что адресное пространство — виртуальное, а не физическое. Другими словами, адресное пространство — всего лишь диапазон адресов памяти.

И, прежде чем Вы сможете обратиться к каким-либо данным, не вызвав нарушения доступа, придется спроецировать нужную часть адресного пространства на конкретный участок физической памяти. (Об этом мы чуть позже.)

Поиск по сайту: