Управление процессами в MS-DOS

Процессы в MS-DOS

Как говорилось выше, управление процессами в однозадачных ОС, к которым относится MS-DOS, является сравнительно тривиальной задачей.

Загрузка ОС завершается запуском программы командного интерпретатора COMMAND.COM, в задачи которого входит:

· чтение и анализ команд, вводимых пользователем с клавиатуры;

· выполнение внутренних команд системы, таких, как команда выдачи содержания каталога, команды копирования, удаления и переименования файлов и т.п.;

· запуск на выполнение системных и прикладных программ;

· обработка критических ошибок, происшедших в ходе выполнения системных функций MS-DOS;

· завершение работы программы с освобождением всех ресурсов, занимавшихся программой.

Запуская программу пользователя, COMMAND.COM не завершает собственную работу, а фактически переходит в состояние сна. После завершения запущенной программы COMMAND.COM возобновляет работу, выдавая приглашение к вводу следующей команды. Таким же образом программа пользователя может запустить другую программу и ожидать ее завершения. Количество одновременно присутствующих в системе процессов ограничено только размером памяти системы (не более 640 Кб на всех), однако только последняя запущенная программа может быть в активном (работающем) состоянии. Если же и эта программа блокируется на выполнении системной функции (например, ожидает ввода с клавиатуры), то в системе не остается активных процессов. Таким образом, термин «однозадачная ОС» в данном случае следует понимать как «ОС, допускающая не более одной активной задачи». Системе не приходится заниматься разделением процессорного времени и другими «многозадачными» проблемами, за исключением только сохранения и восстановления контекста родительской программы.

Некоторым исключением из правила «одна активная задача» являются резидентные программы MS-DOS, рассмотренные в п. 4.4.5.

Среда программы

Среда программы (environment; другой перевод – «окружение») представляет собой текстовый массив, состоящий из строк вида:

"переменная=значение", 0

Здесь переменная и значение – любые (в разумных пределах) текстовые величины, байт 0 завершает каждую строку.

Понятие среды было введено в системе UNIX и позаимствовано оттуда в MS-DOS и Windows без особых изменений.

Имеется несколько стандартных (системных) переменных среды, из которых наиболее известны PATH (определяет пути к каталогам, в которых система ищет исполняемый файл) и PROMPT (задает вид подсказки при диалоге с ОС). Кроме того, многие прикладные программы требуют для правильной работы, чтобы были заданы специфические переменные среды, описывающие, например, размещение рабочих каталогов программы, способ работы с расширенной памятью или какие-то иные характеристики режима работы программы.

Можно рассматривать переменные среды как своего рода параметры, передаваемые программе при ее запуске, аналогично тому, как подпрограмма получает параметры при вызове. Интерпретатор команд COMMAND.COM также имеет свою среду, которую называют корневой средой. Для создания переменных корневой среды, их удаления и изменения значений может использоваться системная команда SET. Когда COMMAND.COM запускает программу пользователя или одна программа запускает другую, создается порожденный процесс, который получает собственный экземпляр блока среды, при этом по умолчанию создается точная копия среды родителя, однако можно создать совершенно иную среду.

Запуск программы

Одной из основных задач, которые должна решать система, является запуск программ на выполнение. Для этого предназначена системная функция Exec, которая может быть вызвана либо программой COMMAND.COM, выполняющей команду пользователя, либо непосредственно программой пользователя, через программное прерывание int 21h.

Функция Exec требует указания ряда параметров, из которых важны:

· Имя файла запускаемой программы. Если имя не содержит пути к каталогу, то файл ищется в текущем каталоге, а также в каталогах, перечисленных в переменной PATH.

· Командная строка. Так принято называть строку параметров, передаваемых программе. При запуске программы по команде пользователя командная строка задается после имени программы, она отделена от имени пробелом. Анализ содержимого командной строки полностью возлагается на запускаемую программу, система лишь передает эту строку программе.

· Адрес массива, содержащего параметры среды программы. Если он не задан, то для запускаемой программы создается копия среды программы-родителя.

В MS-DOS используются два формата выполняемых программ.

Файл формата COM содержит только коды позиционно-независимой программы, которая может быть без изменения загружена для исполнения по любому свободному адресу памяти. Все программа должна помещаться в единственном сегменте, поэтому размер файла ограничен 64 Кб.

Файл формата EXE представляет собой перемещаемую программу. Файл состоит из заголовка, словаря перемещений и собственно кода. Информация в заголовке позволяет указать размер части файла, которая должна загружаться в память при запуске программы, максимальный и минимальный размер памяти, дополнительно резервируемой для размещения данных, начальный адрес стека, адрес запуска программы. Размер файла практически не ограничен, но размер загружаемой части должен быть в пределах, предоставляемых DOS, т.е. примерно 500 – 550 Кб.

Первые два байта EXE-файла содержат сигнатуру (признак) файла формата EXE, в качестве которой используются две буквы 'MZ'[10]. Считается, что это инициалы программиста Марка Збиковского, который участвовал в разработке MS-DOS.

При запуске программы система выполняет следующие действия:

· Выделяет два непрерывных блока памяти: для параметров среды (блок среды) и для самой программы (блок PSP). Для программы, как правило, выделяется максимально возможный непрерывный блок памяти, если только в заголовке EXE-файла не задан меньший размер.

· Определяет размер загружаемой части программы (для COM-файла это весь файл), и считывает из файла коды программы.

· Для EXE-файла выполняет настройку программы на адрес загрузки, прибавляя этот адрес к тем местам программы, которые перечислены в словаре перемещений.

· Формирует в начале блока программы массив, который называется PSP (Program Segment Prefix). В PSP содержатся, в частности, адрес блока среды, адрес возврата в родительскую программу, адрес и размер таблицы JFT, сама эта таблица, командная строка программы.

· Заполняет первые 5 элементов таблицы JFT (стандартные хэндлы), копируя их из JFT родительской программы.

· Заносит начальные значения в регистры процессора.

· Запоминает адрес PSP программы в качестве идентификатора текущего процесса (PID, Process IDentifier).

· Наконец, выполняет переход на адрес запуска программы. Для COM-файла этот адрес следует сразу за PSP, для EXE-файла в заголовке может быть указан любой адрес.

Завершение работы программы

Завершение программы обычно включает в себя следующие действия системы:

· Закрываются все файлы, открытые программой.

· Освобождаются все блоки памяти, отведенные для программы и ее среды.

· Восстанавливаются стандартные обработчики описанных ниже прерываний int 23h и int 24h, которые могли быть изменены отработавшей программой.

· Управление передается родительской программе.

В MS-DOS определены 4 возможные причины, которые могут вызвать завершение работы программы.

· Нормальное завершение. Оно происходит, когда программа вызывает системную функцию Terminate. В качестве аргумента этой функции программа передает код завершения – число, уточняющее причину завершения. Обычно код завершения 0 означает, что программа проработала благополучно, а ненулевые значения указывают на различные неприятности (отсутствие файла для обработки, неверный формат данных и т.п.).

· Завершение по запросу пользователя. Оно происходит, если пользователь нажимает одну из комбинаций клавиш Ctrl+C или Ctrl+Break. Система не торопится прекращать работу программы, пока не вызовет программное прерывание int 23h. В зависимости от результата, возвращаемого обработчиком этого прерывания, программа либо будет завершена, либо продолжит работу. По умолчанию система сама обрабатывает прерывание и сама себе отвечает: «Завершить программу». Однако программа может взять обработку прерывания на себя и ответить системе: «Продолжаем работать». Так обычно и поступают все серьезные программы MS-DOS.

· Завершение по критической ошибке. Критической считается ошибка, происшедшая в ходе выполнения какой-либо системной функции MS-DOS и имеющая аппаратный характер (точнее, обнаруженная драйвером устройства). Например, отсутствие файла не является критической ошибкой, а ошибка чтения с диска – является. Система вызывает программное прерывание int 24h, передавая как аргументы подробное описание ошибки (на каком устройстве, при какой операции и т.п.). В ответ система хочет получить от обработчика указание, как реагировать на ошибку. Имеется 4 вида реакции: Ignore – игнорировать ошибку; Retry – повторно выполнить операцию, вызвавшую ошибку; Abort – завершить программу; Fail – вернуть код ошибки программе пользователя. Системный обработчик прерывания запрашивает требуемую реакцию у пользователя. Однако программа и в данном случае может взять обработку прерывания на себя и попытаться автоматически выбрать желаемую реакцию на основании описания ошибки.

· Завершение с установкой резидента. Оно похоже на нормальное завершение, но отличается двумя важными особенностями. Во-первых, файлы, открытые программой, не закрываются. Во-вторых, системе возвращается не вся память, занимаемая завершившейся программой. Некоторая часть памяти остается скрытой от системы и может быть использована для размещения резидентных программ, описанных в следующем пункте.

Имеется системная функция, с помощью которой родительская программа может проверить причину и код завершения программы-потомка.