Загрузка области
В системе, где поддерживается подкачка страниц по обращению, ядро может "отображать" файл в адресное пространство процесса во время выполнения функции exec, подготавливая последующее чтение по запросу отдельных физических страниц (). Если же подкачка страниц по обращению не поддерживается, ядру приходится копировать исполняемый файл в память, загружая области процесса по указанным в файле виртуальным адресам. Ядро может присоединить область к разным виртуальным адресам, по которым будет загружаться содержимое файла, создавая таким образом "разрыв" в таблице страниц (вспомним ). Эта возможность может пригодиться, например, когда требуется проявлять ошибку памяти (memory fault) в случае обращения пользовательских программ к нулевому адресу (если последнее запрещено). Переменные указатели в программах иногда задаются неверно (отсутствует проверка их значений на равенство 0) и в результате не могут использоваться в качестве указателей адресов. Если страницу с нулевым адресом соответствующим образом защитить, процессы, случайно обратившиеся к этому адресу, натолкнутся на ошибку и будут аварийно завершены, и это ускорит обнаружение подобных ошибок в программах.
| алгоритм growreg /* изменение размера области */ входная информация: (1) указатель на точку входа в частной таблице областей процесса (2) величина, на которую нужно изме- нить размер области (может быть как положительной, так и отрица- тельной) выходная информация: отсутствует { если (размер области увеличивается) { проверить допустимость нового размера области; выделить вспомогательные таблицы (страниц); если (в системе не поддерживается замещение страниц по обращению) { выделить дополнительную память; проинициализировать при необходимости значения полей в дополнительных таблицах; } } в противном случае /* размер области уменьшается */ { освободить физическую память; освободить вспомогательные таблицы; }
провести в случае необходимости инициализацию других вспомогательных таблиц; переустановить значение поля размера в таблице процес- сов; } |
Рисунок 6.21. Алгоритм изменения размера области
При загрузке файла в область алгоритм loadreg () проверяет разрыв между виртуальным адресом, по которому область присоединяется к процессу, и виртуальным адресом, с которого располагаются данные области, и расширяет область в соответствии с требуемым объемом памяти. Затем область переводится в состояние "загрузки в память", при котором данные для области считываются из файла в память с помощью встроенной модификации алгоритма системной функции read.
Рисунок 6.22. Увеличение области стека на 1 Кбайт
Если ядро загружает область команд, которая может разделяться несколькими процессами, возможна ситуация, когда процесс попытается воспользоваться областью до того, как ее содержимое будет полностью загружено, так как процесс загрузки может приостановиться во время чтения файла. Подробно о том, как это происходит и почему при этом нельзя использовать блокировки, мы поговорим, когда будем вести речь о функции exec в и в . Чтобы устранить эту проблему, ядро проверяет статус области и не разрешает к ней доступ до тех пор, пока загрузка области не будет закончена. По завершении реализации алгоритма loadreg ядро возобновляет выполнение всех процессов, ожидающих окончания загрузки области, и изменяет статус области ("готова, загружена в память").
Предположим, например, что ядру нужно загрузить текст размером 7K в область, присоединенную к процессу по виртуальному адресу 0, но при этом оставить промежуток размером 1 Кбайт от начала области (). К этому времени ядро уже выделило запись в таблице областей и присоединило область по адресу 0 с помощью алгоритмов allocreg и attachreg. Теперь же ядро запускает алгоритм loadreg, в котором действия алгоритма growreg выполняются дважды - во-первых, при выделении в начале области промежутка в 1 Кбайт, и во-вторых, при выделении места для содержимого области - и алгоритм growreg назначает для области таблицу страниц. Затем ядро заносит в соответствующие поля пространства процесса установочные значения для чтения данных из файла: считываются 7 Кбайт, начиная с адреса, указанного в виде смещения внутри файла (параметр алгоритма), и записываются в виртуальное пространство процесса по адресу 1K.
| алгоритм loadreg /* загрузка части файла в область */ входная информация: (1) указатель на точку входа в частную таблицу областей процесса (2) виртуальный адрес загрузки (3) указатель индекса файла (4) смещение в байтах до начала считы- ваемой части файла (5) объем загружаемых данных в байтах выходная информация: отсутствует { увеличить размер области до требуемой величины (алгоритм growreg); записать статус области как "загружаемой в память"; снять блокировку с области; установить в пространстве процесса значения параметров чтения из файла: виртуальный адрес, по которому будут размещены счи- тываемые данные; смещение до начала считываемой части файла; объем данных, считываемых из файла, в байтах; загрузить файл в область (встроенная модификация алго- ритма read); заблокировать область; записать статус области как "полностью загруженной в па- мять"; возобновить выполнение всех процессов, ожидающих оконча- ния загрузки области; } |
Рисунок 6.24. Загрузка области команд (текста)
| алгоритм freereg /* освобождение выделенной области */ входная информация: указатель на (заблокированную) область выходная информация: отсутствует { если (счетчик ссылок на область имеет ненулевое значе- ние) { /* область все еще используется одним из процессов */ снять блокировку с области; если (область ассоциирована с индексом) снять блокировку с индекса; возвратить управление; } если (область ассоциирована с индексом) освободить индекс (алгоритм iput); освободить связанную с областью физическую память; освободить связанные с областью вспомогательные таблицы; очистить поля области; включить область в список свободных областей; снять блокировку с области; } |
