Для обеспечения взаимодействия между выполняющимися приложениями и между приложениями и самой операционной системы используются механизмы защиты памяти, поддерживаемые аппаратурой микропроцессора.

Процессами выделения памяти, ее резервирования, освобождения и подкачки управляет диспетчер виртуальной памяти (virtual memory manager - VMM).

● Каждая виртуальная страница памяти, отображаемая на физическую страницу, переносится в так называемый страничный фрейм (page frame).

● Прежде чем код или данные можно будет переместить с диска в память, диспетчер виртуальной памяти (VMM) должен найти или создать свободный страничный фрейм или фрейм, заполненный нулями.

Заполнение страниц нулями представляет собой одно из требований стандарта на системы безопасности уровня С2, принятого правительством США. Страничные фреймы должны заполняться нулями для того, чтобы исключить возможность использования их предыдущего содержимого другими процессами. Чтобы фрейм можно было освободить, необходимо скопировать на диск изменения в его странице данных, и только после этого фрейм можно будет повторно использовать. Программы, как правило, не меняют страницы кода. Страницы кода, в которые программы не внесли изменений, можно удалить.

Диспетчер виртуальной памяти может быстро и относительно легко удовлетворить программные прерывания типа «ошибка страницы» (page fault).

Что касается аппаратных прерываний типа «ошибка страницы», то они приводят к подкачке (paging), которая снижает производительность системы.

В Windows 2000 выбрана дисциплина FIFO для замещения страниц.

Когда процесс использует код или данные, находящиеся в физической памяти, система резервирует место для этой страницы в файле подкачки Pagefile.sys на диске. Это делается с расчетом на тот случай, что данные потребуется выгрузить на диск. Файл Pagefile.sys представляет собой зарезервированный блок дискового пространства, который используется для выгрузки страниц, помеченных как «грязные», при необходимости освобождения физической памяти.

Этот файл может быть как непрерывным, так и фрагментированным; он может быть расположен на системном диске либо на любом другом и даже на нескольких дисках. Размер этого страничного файла ограничивает объем данных, которые могут храниться во внешней памяти при использовании механизмов виртуальной памяти.

В системах Windows NT объекты, создаваемые и используемые приложениями и операционной системой, хранятся в так называемых пулах памяти (memory pools). Доступ к этим пулам может быть получен только в привилегированном режиме работы процессора, в котором работают компоненты операционной системы. Поэтому для того, чтобы объекты, хранящиеся в пулах, стали видимы потокам приложений, эти потоки должны переключиться в привилегированный режим.

● Перемещаемый или нерезидентный пул (paged pool) содержит объекты, которые могут быть при необходимости выгружены на диск.

● Неперемещаемый или резидентный пул (nonpaged pool) содержит объекты, которые должны постоянно находиться в памяти. В частности, к такого рода объектам относятся структуры данных, используемые процедурами обработки прерываний, а также структуры, используемые для предотвращения конфликтов в мультипроцессорных системах.

Исходный размер пулов определяется объемом физической памяти, доступной Windows NT. В последствии размер пула устанавливается динамически и в зависимости от работающих в системе приложений и сервисов будет изменяться в широком диапазоне.

Вся виртуальная память в Windows NT подразделяется на классы: зарезервированную (reserved), выделенную (committed) и доступную (available).

Зарезервированная память представляет собой набор непрерывных адресов, которые диспетчер виртуальной памяти (VMM) выделяет для процесса, но не учитывает в общей квоте памяти процесса до тех пор, пока она не будет фактически использована. Когда процессу требуется выполнить запись в память, ему выделяется нужный объем из зарезервированной памяти. Если процессу потребуется больший объем памяти, то дополнительная память может быть одновременно зарезервирована и использована, если в системе имеется доступная память

Память выделена, если диспетчер VMM резервирует для нее место в файле Pagefile.sys на тот случай, когда потребуется выгрузить содержимое памяти на диск. Объем выделенной памяти процесса характеризует фактически потребляемый им объем памяти. Выделенная память ограничивается размером файла подкачки. Предельный объем выделенной памяти в системе (commit limit) определяется тем, какой объем памяти можно выделить процессам без увеличения размеров файла подкачки. Если в системе имеется достаточный объем дискового пространства, то файл подкачки может быть увеличен и тем самым будет расширен предельный объем выделенной памяти.

Вся память, которая не является ни выделенной, ни зарезервированной, является доступной.

К доступной относится

свободная память,

обнуленная память (освобожденная и заполненная нулями),

а также память, находящаяся в списке ожидания (standby list), которая была удалена из рабочего набора процесса, но может быть затребована вновь.

Вопрос 16. Управление процессами и потоками в Windows 2000/XP.

В операционной системе Windows 2000 есть множество концепций для управления центральным процессором и объединения ресурсов.

Основные понятия.

Каждый процесс содержит, по крайней мере, один поток, содержащий, в свою очередь, как минимум одно волокно (облегченный поток).

Для управления определенными ресурсами процессы могут объединяться в задания. Все вместе - задания, процессы, потоки и волокна - образует общий набор инструментов для управления ресурсами и реализации параллельного выполнения, как на однопроцессорных, так и на многопроцессорных машинах.

Краткое описание этих четырех понятий приведено в. табл. 13.2.

Табл. 13.2. Основные понятия, используемые для управления процессами и ресурсами

системы Windows 2000

Процессы.

Процессы представляют собой контейнеры для ресурсов.

У каждого процесса есть 4-гигабайтное адресное пространство, в котором пользователь занимает нижние 2 Гбайт (в версиях Windows 2000 Advanced Server и Datacenter Server этот размер может быть по желанию увеличен до 3 Гбайт), а операционная система занимает остальную его часть.

Таким образом, операционная система присутствует в адресном пространстве каждого процесса, хотя она и защищена от изменений с помощью аппаратного блока управления памятью MMU.

У процесса есть

Идентификатор процесса,

Один или несколько потоков,

список дескрипторов объектов (управляемых в режиме ядра),