ТЕМА 7. РАБОТА С ОПЕРАЦИОННЫМИ СИСТЕМАМИ. СОВРЕМЕННЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Лекция 4. Обзор архитектуры и возможностей системы Linux.
План занятия:
1. Управление физической памятью в Linux.
2. Виртуальная память в Linux.
3. Исполнение и загрузка пользовательских программ в Linux.
4. Системы файлов Linux.
5. Ввод и вывод в Linux.
6. Взаимодействие процессов в Linux.
7. Структура сети в Linux.
8. Безопасность в Linux.
9. Развитие и использование Linux
Управление физической памятью в Linux
Система распределения физической памяти в Linux занимается размещением и освобождением страниц, групп страниц и небольших блоков памяти. Она имеет дополнительные механизмы для виртуальной памяти, отображаемой в адресное пространство исполняемых процессов.
Распределитель страниц размещает и освобождает физические страницы; он может также по запросу размещать группы смежных страниц.
Распределитель страниц Linux использует алгоритм buddy-heap (партнерской кучи) для слежения за доступными физическими страницами, принципы которого в следующем:
· Каждая область памяти, подлежащая распределению, образует пару с ее смежным "партнером".
· Когда обе области-партнера освобождаются, они сливаются и образуют смежную область вдвое большего размера.
· Если не существует малой области памяти, чтобы удовлетворить небольшой запрос на память, то область памяти большего размера расщепляется на две области-партнера для удовлетворения данного запроса.
Распределение памяти для ядра Linux возможно как статическое (драйвер резервирует статическую область памяти во время загрузки системы) или динамическое (с помощью распределителя страниц).
Расщепление памяти в куче изображено на рис.1.
Рис. 1. Расщепление памяти в куче в системе Linux.
Виртуальная память в Linux
Система виртуальной памяти в Linux поддерживает адресное пространство, видимое каждому процессу: она создает страницы виртуальной памяти по требованию и управляет загрузкой этих страниц с диска или откачкой их обратно на диск, если требуется.
Менеджер виртуальной памяти поддерживает две точки зрения на адресное пространство каждого процесса:
· Логическую – поддержка команд управления адресным пространством. Адресное пространство рассматривается как совокупность непересекающихся смежных областей.
· Физическую – с помощью таблицы страниц для каждого процесса.
Для управления виртуальной памятью используются:
· Файл откачки (backing store),описывающий, откуда берутся страницы для заданного региона; регионы обычно поддерживаются либо файлом, либо не поддерживаются вообще (память, обнуляемая по требованию)
· Реакция региона на запись (совместное использование страниц или копирование при записи - COW).
Ядро создает новое виртуальное адресное пространство:
· Когда процесс запускает новую программу системным вызовом exec;
· При создании нового процесса системным вызовом fork.
При исполнении новой программы процессу предоставляется новое, пустое адресное пространство; процедуры загрузки программ наполняют это адресное пространство регионами виртуальной памяти.
Создание нового процесса с помощью fork включает создание полной копии адресного пространства существующего процесса.
Ядро копирует дескрипторы доступа к виртуальной памяти родительского процесса, затем создает новый набор таблиц страниц для дочернего процесса.
Таблицы страниц процесса-родителя копируются непосредственно в таблицы страниц дочернего, причем счетчик ссылок на каждую страницу увеличивается.
После исполнения fork родительский и дочерний процесс используют одни и те же физические страницы в своих виртуальных адресных пространствах.
Система управления страницами откачивает страницы физической памяти на диск, если они требуются для какой-либо другой цели.
Система управления страницами делится на две части:
· Алгоритм откачки, который определяет, какие страницы и когда откачать на диск;
· Механизм подкачки фактически выполняет передачу и подкачивает данные обратно в физическую память, если требуется.
Ядро Linux резервирует постоянный, зависящий от архитектуры регион виртуального адресного пространства каждого процесса для его собственного внутреннего использования.
Эта область виртуальной памяти ядра содержит два региона:
· Статическую область, содержащую ссылки из таблицы страниц на каждую доступную физическую страницу памяти в системе, так что используется простая трансляция физического адреса в виртуальный при исполнении кода ядра.
· Остаток зарезервированной части не используется ни для какой другой цели; его элементы таблицы страниц могут быть модифицированы и указывать на любые страницы в памяти.
