сурет. Бірнеше бағдарламалардың виртуалды мекене-жай кеңістігі

Виртуалдық мекен-жайдың физикалық түрленуіге 2 ерекшелігі бар:

• 
  Бірінші жағдайда жадыға бағдарламаны бастапқы тейіптеу кезінде виртуалдық мекен-жайды физикалыққа ауыстыру әрбір процессте бірақ рет орындалады. Арнайы жүйелік бағдарлама – орын ауыстыру тиіпеуіші – бағдарламаны тейіптеу барысында жадының бастапқы физикалық мекен-жайы туралы шығатын мәлімет негізделеді, сонымен қатар мекен-жайды тәуелді программа туралы транслятормен берілген ақпарат бағдарламаны тейіптеп, виртуалдық мекен-жайды физикалықпен ауыстырады;
  
• 
  Екінші тәсіл мынамен шектеледі, бағдарлама жадыға виртуалды мекен-жайға өзгермеген түрінде тиіптеледі, нақты айтқанда операнды инструкциясы мен мекен-жайдың ауысуы траслятор өңдеген мағынасымен көрсетіледі. Тейіптеу кезінде виртуалдық мекен-жайға бағдарлама кодының орындалуын операциялық жүйеде белгілейді. Бағдарламаның орындалуы кезінде әрбір операциялық жадыға өтуінде виртуалдық мекен-жайдың физикалыққа жаңартылуы орындалады. Бұның жаңарту кестесі 5.4. суретте көрсетілген мысалға операциялық жүйе сызықтық-құрылымды виртуалдық мекен-жаймен қолданылсын және осы операциялық жүйе басқаратын кейбір бағдарламалар физикалық жадыға физикалық мекен-жайдан бастап тейіптелген. Бастапқы S ығысу мағынасын операциялық жүйе сақтайды және бағдарлама орындалу уақытында оны арнайы процессор регистрына орналастырады. Берілген бағдарламаның виртуалдық мекен-жайлары жадыға кірген уақытта физикалық жолмен немесе оларға S ығысуының қосылуы түрлендіріледі. Мысалға: V мекен-жайы бойынша орналасқан MOV мәліметтер ауысу инструкциясының орындалуында VA+S ф
  изикалық мекн-жай V мекен-жайы бойынша орналасады.
  

Белгіленген виртуалдық мекен-жай жұмыс процессіне нақты керек жинағы болып табылады. Кодтық сегмент – сонымен бірге сегмент немесе мәліметтер сегментін құрғанда осы мекен-жайларды бастапқы бағдарламаның мәтініне негіздеп, бағдарламаға тронслятор негіздейді. Содан кейін поцессті құру кезінде операциялық жүйе виртуалды мекен-жайды өзінің жүйелігінде белгілейді. Процесс өзінің орындалу барысында мекен-жайын операциялық жұйеден қосымша сегменттің құрылуын немесе бар мөлшерін көбейтуін сұрап бастапқы белгіленген виртуалдық мекен-жайдың мөлшерін көбейте алады. Кез келген жағдайда операциялық жүйе әдетте виртуалдық мекен-жай процессінің сәйкестігін қолдануын бақылайды – оған белгіленген сегменттің шетіне шыққан виртуалды мекен-жайымен процесске операция жүргізілмейді. Виртуалды мекен-жайдың максималды мөлшері компьютердің берілген архитектурасымен сәйкес мекен-жайдың топталуымен шектеледі, әдетте ол компьютердегі физикалық жады көлемімен келіспейді. Бүгінгі күнгі универсалдық машина үшін виртуалдық мекен-жайдың көлемі оперативтік жады көлемінен асады. Қолданбалы кодтан операциялық жүйе кодына беру басқаруын шектеу үшін және операциялық жүйе модульдерін жеңіл қоланбалы мәліметтерге кіру үшін рұқсат. Мысалы, оларды сыртқы құрылғыға шығару үшін көбінесе операциялық жүйе олардың сегменттерін белсенді процесстің виртуалды мекен-жаймен қолданбалы бөледі. Нақты айтқанда операциялық жүйе сегменттері мен белсенді процесс сегменттері біргелкі виртуалды мекен-жайды құрайды.

Әдетте процесстің виртуалдық мекен-жайы екі үздіксіз бөлікке бөлінеді: жүйелік және қолданбалық. Кейбір операциялық жүйелерде (мысалға: Windows) бұл бөлшектер біркелкі мөлшер – 2Гбайттан болады. Мысалы: 1Гбайт операциялық жүйе үшін, және 2Гбайт қолданбалы бағдарлама үшін әрбір процесстің виртуалды мекен-жай бөлігі операциялық жүйе сегментіне арналған барлық процесске сәйкес болады. Сондықтан белсенді процесс ауысуында, индивидуалды сегментті бар виртуалды мекен-жайдың екінші бөлігіне ауыстырылады. Әдетте – кодтармен және қолданбалы бағдарламаның мәліметтері (5.5.сурет). жаңашыл процессордың архитектурасы виртуалдық мекен-жайдың құрылымының ерекшелігін көрсетеді. Мысалы: Intel мұндай жағдайда операциялық жадыға симайтын мәліметтер сақтайтын жүйе сыртқы жаңашыл компьютерлерді қатқыл дискісі бар жадысын пайдаланады. Осы принципте виртуалды жады негізделген. Жадыны басқару үшін операциялық жүйеде қолданылатын жаңашыл тетік.

Виртуалдық мекен-жай және виртуалдық жады әртурлі тетік және олар бір уақытта міндетті түрде шындалмайды. Процесс үшін виртуалдық мекен-жай қолдайтын оперативтік жүйені өзімізге ұсынуымызға болады, бірақ виртуалдық жадының тетігі болмайды.

Виртуалдық мекен-жайға белгіленген анықтама, нақтырақ айтқанда команда коды шығушы және мәлімет аралығы, сонымен қатар есептің нәтижнесі процесстің барысын көрсетеді.

Процесстің жұмыс уақытында операциялық жүйенің функциялық жүйе ретінде қолданбалы кодтан немесе қолданбалы кодтың сәйкес емес тәртібінен пайда болған шектелген жағдай немесе сыртқы жағдайға реакция ретінде шақырылған ауысуы орындалады. Pentium процессорында жүйелік кестенің 2 түрі бар: біреуі жалпы процесстерге арналған сегменттерді бейнелеу, ал басқасы берілген процесстің индивидуалдық сегментін бейнелеу үшін. Процесс ауысу кезінде бірніші кесте өзгермейді, ал екіншісі жаңа болып өзгереді.

Алдында бейнеленген виртуалды мекен-жайдың екі бөлігі – операциялық жүйе сегменттеріне және қолданбалы бағдарламаға типті, бірақ абсолютті емес. Жалпы ережеден ерекше. Кейбір операциялық жүйеде ішкі міндеттерін шешетін операциялық жүйеден пайда болған жүйелік процесстер бар. Бұл процесстерде қолданбалы бағдарламаның сегменттері жоқ, бірақ олар кейбір өз сегменттерін (операциялық жүйе сегменттері) виртуалдық мекен-жайды жалпы орналстырады, ал кейбірін әдетте қолданбалы сегменттерге арналған, жеке бөлігінде орналасқан.

Парақтық жадының тетігі көбінесе әмбебап операциялық жүйенің барлық виртуалды мекен-жайдың пайдаланатын бөлігіне қолданылады. Арнайы операциялық жүйе жеке болып табылады, мысалы оперативтік жүйеде қатты белгіленетін кейбір сегментер жеке дискке жүктелмейтін нақты уақыттың операциялық жүйесі – бұл сыртқы оққиғаларға қосымша тез реакциясын қамтиды.

Виртуалды жадының жүйелі бөлігі әр типті операциялық жүйеде парақтық ығыстырып шығарылған (paged) саланы қосып алады. Ығыстырылып шығарылмайтын салада жылдам реакция немесе жадыда үнемі болатынын талап ететін операциялық жүйе модульдері орналасады, мысалы жадының парақтары ауыстыруын басқаратын ағым немесе код диспетчері. Қалған операциялық жүйе модульдері парақтық ығыстыруға, пайдаланушы сегменттер ретінде ұшырайды.

Әдетте аппарат виртуалды мекен-жайды қолдануына өзінің шектеулі тәртібін қояды. Кейбір процессорлар (мысалы MIPS) жүйелік мекен-жайлы кеңістігінің берілген саласы үшін ерекше бейнелеу ережесін физикалық жадыға алдын ала ескертеді. Сонда виртуалды мекен-жай физикалық мекен-жайлда тура бейнеледі (ақырғысы виртуалды мекен-жайлға тура келеді немесе оның бөлігіне тең болады).

Мұндай жадының ерекше саласы парақтық ығыстыруға ұшырайды, және бұл мекен-жайлы қиын процедура түрленуі ерекшеленіп, орналасқан кодтарға және мәліметтерге кіруі жылдам болады.

Суретте барлық жадыны үлестіру алгоритмдері 2 класқа бөлінген: сыртқы жадысы қосылмайтын алгоритмі және операциялық жүйемен дисктің арасында сегменттері ауысатып жүретін алгоритм

Жаданы басқару жүйесі келесі міндеттерді шешеді.

• 
  Орындауға түскен бағдарламаның өлшемімен бос бөлімдерді салыстырып, сәйкес бөлімді таңдайды.
  
• 
  Бағдарламаны іске қосып, мекен-жайды құрады. Осы трансляция мерзімінде есептеуіш іске керекті бөлімді тауып алады. Бұл жадының нақты саласына айнымалы жүктемесіз машиналық кодын алуға мүмкіндік береді.
  

Мұндай жадыны басқару әдісібұрынғы мултибағдарламалық операциялық жүйеде қолданған. Бірақ қазір де бұл белгіленген бөліммен жадыны үлестіру әдісі нақты уақытын жүйелерінде қолданады.

Жадыны басқаруды былай қарастыруға болады, ақпаратты жадыға енгізудің енгізудің үш функциясы бар:

• 
  Аталатын функция F1, әлбетте көрсетілген ақпарат қолданушының аты ақпараттың идентикаторы, осыған арналған ат үшін
  
• 
  Жадының функциясы F2, олар орналасқан жерді идентификаторады шындығындағы адресін анықтайды
  
• 
  Содержимое функциясы F3, бұл мәндегі жадының адрестері, сол адресте орналастырылған.
  

есеп

Есеп Y 60K

таблицы

+

Беттегі кестелер

жері бет [s1,p1]

s1 p1 бет [s2,p2]

s2 p2

. . . бет [s3,p3]

• 
  Жады да жаңа бағдарлама алсақ: жүйеге сұрау жіберу
  
• 
  Бағдарлама оперативтік жадының қанша бөлігін алу керек: көбінесе бос орын қалдырмауға тырысады, олардың жадыға минимум орын қалдырмауға немесе оларды тез жадыға орналастырып , машинаның уақытын алмайды.
  
• 
  Бағдарламаны жадыға енгізгенде оперативтік жады толы болса, онда жадыдағы көп қолданысқа келмейтін және уақыты бойынша ұзақ тұрған бағдарламаны өшіреміз.
  

1. 
   Таңдау стратегиясы
   

Оперативтік жадыға жаңадан бағдарлама енгізілсе, онда оларды қалай таңдау керек. Және де оларға 3 стратегия келеді. Оларды қарастырып өтсек:

• 
  Көбінесе келетін стратегия, көбінесе келетін жадыға бағдарламаны орналастырса, онда жадыға аздаған орын қалады,
  
• 
  Бірінші кіру стратегиясы , жадыдағы орнына байланысты есепті орналастырады. Көбінесе келетін стратегия , олар жадыға есепті орналастырғанда, максималды орын қалса, онда бір жағынан қарағанда сұмдық болп көрінуі мүмкін, бірақ оның жақсы жағы да бар , ал біз жадыға максималдық бос орындарға бағдарламаларды орналастыру болады.
  
• 
  Шығарып тастау стратегиясы. Олардың мақсаты: оперативтік жадыдан қандай сегментті немесе бетті өшіру болып табылады және жадыға келіп түскен бағдарламаны немесе сегментті орналастыру үшін , бірақта жады толықтай толы тұрмаса.
  

Егер оперативті жадыдағы түскен бетті орналастыру үшін , жадыдағы ең бірінші және ұзақ уақыт бойы тұрған бетті ығыстырамыз сонда FIFO принципі орындалады.Бұл стратегияның ең жақсы қасиеті , онда оперативтік жадыдағы бұрыннан келе жаткан бетті ығыстыру ында , бет бұрыннан келе жатса , онда ол бет оқылған және жұмыс істелген болады,сондықтанда жадыда ұзақ уақыт сақталған бетті ығыстырамыз.

Бірақ ұзақ уақыт сақталған бетті ығыстыру кей кездері дұрыс болып келе бермейді.Егер де ол бетпен күнделікті жұмыс істелген болуы мүмкін және сондықтан жадыда ұзақ уақыт сақталған бетті ызыстырса ,онда оны қолданушыға ол бетті қайтадан жазуға тура келеді.

Қолданысқа енбейтін бетті ығыстыру ( LRU)

Least-recently-used

Бұндай стратегия көбінесе қолданушы жиі қолданбайтын бетті ығыстырады.Бірақта ол бетті керек беттердің бірі болуы мүмкін.LRU стратегиясы жадыдағы беттерді әрқашан жаңарту керек , бұл стратегия олардың уақытына байланысты ығыстырады.

LFU стратегиясы жоғарыда айтылып өткен. LRU стратегиясы сәйкес келеді. Мұнда да керек бетті ығыстырып алуымыз керек.

1. 
   Жадының иерархиялық ұйымдастырылуын қарастырыңыз.
   
2. 
   Жадыны ұйымдастыру түрлерінің эволюциясы.
   
3. 
   Жадыны ұйымдастыру стратегиясының негізге қасиеттері.
   
4. 
   Жадыны бақылау түрлері.
   

Дәрістің сұрақтары:

1. 
   Файлдар.
   
2. 
   Деректер иерархиясы. Файлдарды ұйымдастыру.
   
3. 
   Кіріс әдістері. Файлдардың мінездемелері.
   
4. 
   Файлдық жүйе. Файлдық жүйенің фанкциялары. Файлдық жүйенің құрамы.
   
5. 
   UNIX файлдық жүйесі.
   
6. 
   Файлдардың дисктік жадыда орналасуы.
   

Операциялық жүйені құрайтын, олардың файлдады ашудың әртүрлі тәсілдері бар, мүмкіндігінше екі категорияларға топтастырсақ:

• 
  Кезекпен рұқсат ету тәсілі;
  
• 
  Базистік рұқсат ету тәсілі;
  

Базистік рұқсат ету тәсілі қарапайым жағдайда қолданылады, көбінесе тікелей кіру кезінде жазбаларды тазалау кезінде болашақты біру мүмкін емес жағдайда.

• 
  Құбылмалы – ол файлдағы жаңа жазбалар және бұрынғы жазбаларды өшіру жиілікке кіргізуді қарастырады. Жиілік аз жағдайда оны – статикалық, ал көп жағдайда - динамикалық немесе құбылмалы файлдар болып саналады.
  
• 
  Белсенді – файлдағы жазбалардың пайызымен өлшенеді, берілген уақытта тазалауды қарастырады.
  
• 
  Өлшем – файлда сақталынған мәліметтердің мөлшерін анықтайды.
  

Файлдық жүйе, ОС ядросының енетін құрамдары, олар келесілерді құрайды:

• 
  Кіру тәсілі, файлдарда сақталынғандарға нақты мәліметтер мүмкіншілігін анықтайды.
  
• 
  Файлдарды басқару, топтасып қолдану және қорғау, файлға сақтауды қадағалайды.
  
• 
  Сыртқы жадыны басқару, сыртқы жадыда файлдарды сақтауға, орындауға орналастырады.
  

UNIX файлдық жүйесін қарастырып өтсек.ең басты файлдық жүйедегі белгілі бір дискідегі мөлшердіорналастыру, аталған бөлшектер – файлдар.

UNIX үш негізгі түрлері бар. Олар:

• 
  Дискідегі қарапайым файлдар
  
• 
  Каталогтар
  
• 
  Белгілі бір файлдар
  

Символдық деңгейді анықтау файлдың символдық атымен анықталады. Файлдық жүйеде әр файл тек бір ғана асимволдық атты иелене алады. (мысалы, MS-DOS), бұл деңгей жоқ символдық ат сияқты. UNIX файлдық жүйесінде мысалы, маңызды болып дескриптор файлы есептеледі (inode).

атын ақытау

Логикалық деңгейде логикалық жазудың кай кординатта екені анықталады. Физикалық файлдың сарапталуы оның байт мөлшерімен анықталады. Берілген деңгейдегі жұмыстың алгоритімі логикалық файлға тәуелді. Мысалы, егер файлдың фиксировандық ұзындығы 1 болса, онда n логикалық жазуы l((n-1) байтына ығысады. Кординаттағы логикалық жазуды анықтау үшін файлдағы көрсетілген адрестағы логикалық жазумен және кестедегі көрсетілген символдармен анықталады.

V V V V V

n – логикалық жазудағы талап еткен блоктың номері;

s – логикалық жазудағы блок аралық ығысу.

n = N + [S/V], где [S/V] – санның бүтін бөлігі S/V

• 
  Файлдың құрылымы,
  
• 
  Файлдың жойылуы,
  
• 
  Файылдың ашылуы,
  
• 
  Файлдың жабылуы,
  
• 
  Файлдың оқылуы,
  
• 
  Файлдың жазылуы,
  
• 
  Файлдың қосымшасы,
  
• 
  Файлды іздестіру,
  
• 
  Файлдың белгісін алу,
  
• 
  Жаңа белгілерді орнату,
  
• 
  Өзгертілім,
  
• 
  Файлдың орындалуы,
  
• 
  Каталогтың оқылуы.
  

1. 
   Виртуалды машиналар (ВМ)
   

Ең алдымен Virtual PC бағдарламасы Macintosh тұтынушыларына арналған болатын.

Бағдарламаны орнықтырған кезде қатты дискіде 30-40 Мбайт орын болуы қажет, бірақ қосымша операциялық жүйелерді орнықтыру үшін MS Virtual PC сіздің компьютеріңізден қосымша мінездемелер сұрайды. Ең маңызды мінездеме процессордікі (оның жиелілігі 400 МГц-тен кем болмауы керек), оперативті жадқа және бос дисктік орынға. Соңғылардың мінездемелері орнықтырылатын қосымша ОЖ-ге тәүелді. Мысалы үшін Windows 98 орнықтыру 64 Мб RAM және 500 Мб қатты дискіде талап етеді.

Кез-келген эмулятор негізгі ОЖ сияқты сондай тез және жемісті істемейтінін ескеріп отыру керек.

Виртуалды ресурстар

MS Virtual PC бағдарламасы комьютердің ресурстарын виртуалды машиналар арасында бөліп отырады. Процессорлық уақыт және ОЖ жай ғана процесстер арасында бөлінеді. Ал дисководтармен желілік адаптерлердің мәселелерін қалай шешуге болады? Виртуалды дисководтар, виртуалды қатты дисктер, виртуалды желілік адаптерлер ұғымдары еңгізіледі.
Виртуалды қатты диск

Виртуалды қатты диск .vhd кеңейтуі бар бір фай түрінде көрсетіледі. Ол төрт типтің біреуіне ие бола алады: