Giáo trình phân tích khả năng ứng dụng chiến lược theo điều phối cung cấp processor cho bo mạch p10 doc

thành 1. Hệ điều hành sẽ dựa vào bít modify này để biết được một page có bị thay đổi hay không kể từ lần nạp vào bộ nhớ gần đây nhất. Đối với vấn đề thứ hai: hệ điều hành có thể swap in một page tại ví trí ban đầu của nó trên đĩa, hoặc tại không gian swap của nó. Trong một số hệ điều hành khi một tiến trình được tạo thì lập tức hệ điều hành sẽ cấp cho nó một không gian swap trên đĩa, bất kỳ khi nào tiến trình bị swap out nó đều được swap đến không gian swap của nó, khi tiến trình kết thúc thì không gian swap của nó sẽ được giải phóng. Như vậy để chuẩn bị cho việc swap in sau này, khi nạp một page của tiến trình vào bộ nhớ hệ điều hành sẽ ghi nội dung của page này vào không gian swap của nó. III.12. Quản lý bộ nhớ RAM của DOS III.5.a. Program Segment Prefix (PSP): MS_DOS dùng hàm EXEC để nạp các chương trình EXE và COM vào bộ nhớ. EXEC phải chuẩn bị một vùng nhớ mà chương trình sẽ nạp vào, và đặt vào đầu vùng nhớ này một cấu trúc dữ liệu được gọi là khối tiền tố chương trình PSP. Chương trình sẽ được nạp vào ngay sau PSP, sau đó hệ điều hành sẽ khởi tạo các thành ghi Segment và Stack để chương trình bắt đầu hoạt động. Khi chương trình kết thúc thì hệ điều hành giải phóng cả khối nhớ cấp cho chương trình và khối nhớ dùng làm PSP cho chương trình. PSP dài 256 byte, chứa các thông tin cần cho cả DOS và chương trình chạy. PSP cho biết địa chỉ đoạn của ô nhớ cuối cùng dành cho chương trình, địa chỉ đoạn của khối biến môi trường, độ dài của dòng lệnh, các tham số dòng lệnh, vv. Các bạn có thể tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc của một PSP ở một tài liệu khác viết về hệ điều hành MS_DOS. III.5.b. Chương trình COM và EXE: Trong phần này chúng ta xem xét đến sự hoạt động của hai loại file chương trình EXE và COM. Các chương trình dạng COM có kích thước giới hạn trong 64 KB, trong khi đó kích thước của chương trình dạng EXE có thể lớn ngang bằng kích thước của RAM. Hệ điều hành có thể nạp một chương trình dạng EXE có kích thước lớn hơn vào RAM nếu chương trình được thiết kế với cấu trúc thích hợp (cấu trúc động chẳng hạn). Đối với các chương trình dạng COM, cả ba đoạn của chương trình là code, data và stack đều chứa trong cùng một đoạn 64 KB. Chương trình COM trên RAM là hình ảnh chính xác của nó trên đĩa. Do đó ngay sau khi chương trình COM được nạp vào bộ nhớ RAM thì tất cả các thanh ghi đoạn đều chứa cùng một giá trị, đó chính là địa chỉ đoạn của một đoạn nhớ (64 KB) chứa các đoạn của chương trình, trong quá trình hoạt động của chương trình giá trị các thanh ghi đoạn không thay đổi, ngoại trừ thành ghi đoạn ES có thể thay đổi. Đối với các chương trình dạng Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m EXE ba đoạn của chương trình là code, data và stack có thể được nạp vào ba đoạn bộ nhớ khác nhau, và có thể một đoạn của chương trình, tuỳ theo kích thước của nó, mà nó có thể được nạp vào nhiều hơn một đoạn bộ nhớ. Do đó ngay sau khi chương trình được nạp vào bộ nhớ các thanh ghi đoạn đều được khởi tạo bằng các giá trị khác nhau (có thể DS = ES), đó chính là địa chỉ đoạn của các đoạn bộ nhớ chứa các đoạn chương trình tương ứng. Trong quá trình hoạt động của chương trình có thể giá trị của thanh ghi CS bị thay đổi. Chương trình dạng EXE trên bộ nhớ RAM không phải là hình ảnh trung thực của nó ở trên đĩa mà nó được mã hoá theo một cách nào đó. Hình 3.15 sau đây minh họa cho điều này. Một chương trình dạng COM không thể vượt quá giới hạn 64 Kb kể cả 256 byte PSP và 1 word khởi tạo stack. Mặt dù vậy nhưng khi nạp một chương trình COM vào bộ nhớ DOS vẫn dành hết bộ nhớ còn lại cho chương trình, điều này gây lãng phí bộ nhớ, do đó chương trình COM không thể gọi một chương trình khác thông qua hàm EXEC, nếu trước đó chương trình không giải phóng khối nhớ thừa mà hệ điều hành đã cấp cho chương trình. Vì chương chương trình COM được nạp ngay sau PSP của nó trong bộ nhớ nên ngay sau khi điều khiển được chuyển cho chương trình COM thì các thanh ghi đoạn đều hướng tới đầu PSP, thanh ghi con trỏ lệnh (IP) nhận giá trị offset 100h và thanh ghi con trỏ stack (SP) nhận giá trị offset FFFEh (vì stack ở vùng cao của đoạn 64 Kb và luôn được khởi tạo bởi một phần tử 2 byte). DOS không nạp chương trình COM vào một địa chỉ xác định trước và không cho phép thực hiện một lời gọi xa (FAR) trong chương trình. Chương trình dạng EXE không bị giới hạn kích thước một segment (64 Kb) mà nó có thể vượt quá giới hạn của 3 segment, nhờ đó mà người lập trình có thể thiết kế được các chương trình với nhiều chức năng hơn. Tuy nhiên điều này làm cho cấu trúc của chương trình sẽ phức tạp hơn, nó phải chứa nhiều thông tin liên Code PSP SS CS DS ES 100h Code PSP Stack 100h COM EXE Hình 3.15: Các thanh ghi con trỏ đoạn ngay sau khi khởi tạo chương trình: chương trình EXE so với chương trình COM. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m quan đến chương trình hơn, các thông tin này là cần thiết để hệ điều hành nạp chương trình vào bộ nhớ và điều khiển việc thực hiện của chương trình. Các chương trình EXE không được nạp vào các đoạn bộ nhớ xác định trước mà có thể được nạp vào một vị trí bất kỳ (có địa chỉ là bội nguyên của 16). Trong chương trình dạng EXE có thể gọi một chương trình khác thông qua hàm EXEC và có thể thực hiện các lời gọi xa để gọi một chương trình con ở đoạn nhớ khác. Trong giai đoạn biên dịch và liên kết chương trình, chương trình liên kết LINK đặt vào đầu các file chương trình EXE một cấu trúc dữ liệu đặc biệt được gọi là Header của chương trình. Header chứa nhiều thông tin liên quan đến chương trình như kích thước header, kích thước chương trình, giá trị khởi tạo của IP và SP, địa chỉ bắt đầu của đoạn code trong file EXE, … và đặc biệt là địa chỉ tương đối của các đoạn. Địa chỉ đoạn thực tế trong bộ nhớ RAM nhận được bằng cách cộng địa chỉ tương đối này với địa chỉ của đoạn mà chương trình được nạp vào (địa chỉ đoạn bắt đầu). Địa chỉ đoạn bắt đầu thường là địa chỉ đoạn của PSP cộng với 10h. Khi hệ điều hành nạp một chương trình EXE vào bộ nhớ nó biết được địa chỉ các ô nhớ chứa các địa chỉ đoạn cần thay đổi cho phù hợp, hệ điều hành viết lại các giá trị này bằng cách cộng các giá trị trong đó với địa chỉ đoạn bắt đầu. Thao tác này có thể làm chậm tốc độ nạp các chương trình EXE. Sau khi các địa chỉ đoạn được sửa thành các địa chỉ có hiệu lực thì hệ điều hành cố định các thanh ghi đoạn DS và ES theo đầu của PSP (DS = ES = PSP). Do đó chương trình EXE có thể truy cập dễ dàng đến các thông tin trong PSP. Các bạn có thể tìm hiểu rõ hơn về cấu trúc và lợi ích của header ở một tài liệu khác viết về các file EXE trong hệ điều hành MS_DOS. III.5.c. Memory Control Block (MCB): Hệ điều hành MS_DOS là hệ điều hành đơn nhiệm đa chương, nên nó cho phép nạp nhiều hơn một chương trình vào bộ nhớ chính (RAM), mặc dù tại một thời điểm nhất định chỉ có duy nhất một chương trình thực hiện. Theo MS_DOS thì không gian bộ nhớ chính được chia thành 2 phần: phần thấp nhất (640B đầu tiên) được gọi là vùng bọ nhớ quy ước (conventional area). Phần còn lại được gọi là vùng nhớ trên (upper area). Các chương trình của người sử dụng phải nạp vào vùng nhớ quy ước để hoạt động. Vùng nhớ quy ước được chia thành hai phần: phần thấp nhất chứa các thành phần chính của hệ điều hành như là bảng vector ngắt, io.sys, msdos.sys, các chương trình điều khiển thiết bị, phần thường trực của command.com, vv. Phần còn lại của vùng quy ước được gọi là vùng TPA (Transient Program Area), tất cả các chương trình của người sử dụng phải được chạy tại đây. Như vậy, không phụ thuộc vào kích thước của bộ nhớ chính, MS_DOS chỉ dành chưa đầy 640KB cho các chương trình của người sử dụng và các khối tham số môi trường tương ứng. Vùng nhớ trên được chia thành nhiều vùng nhỏ khác nhau như là video RAM, ROM BIOS, các điều khiển I/O, vv. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Để quản lý các khối nhớ đã được chia trên vùng nhớ cũng như các chương trình đã được nạp vào vùng TPA hệ điều hành MS_DOS sử dụng các khối điều khiển bộ nhớ MCB. Mỗi MCB dài 16 byte (1 paragraphe), quản lý một vùng nhớ nằm ngay sau nó. Khi có một chương trình cần được nạp vào bộ nhớ, tùy theo yêu cầu bộ nhớ của chương trình mà DOS cung cấp cho chương trình một vùng nhớ, vùng nhớ này sẽ được quản lý bởi một MCB đứng ngay trước nó. Hình 3.16 sau đây minh họa cho điều này. Cấu trúc của một MCB đựoc mô tả ở hình dưới. Trong đó:  Trường ID: định danh MCB, ID = ‘Z’: đây là MCB cuối cùng, ID = ‘M’: chưa phải là MCB cuối cùng.  Trường địa chỉ PSP: đây là địa chỉ đoạn của PSP tương ứng của chương trình. Nếu vùng nhớ được cấp là khối môi trường của một chương trình thì trường này chỉ ra địa chỉ PSP của chính chương trình. Ngược lại nếu vùng nhớ được cấp là một PSP thì trong đa số trường hợp trường này chỉ ra chính vùng nhớ của chương trình. 1byte 2 byte 2 byte 11 byte ID Địa chỉ PSP Số lượng byte Hình 3.17: Cấu trúc của một MCB  Trường số lượng byte: trường này chỉ ra số lượng byte của vùng nhớ được cấp (tính theo đơn vị paragraphe), tức là nó cho biết khoảng cách từ một MCB thấp đến MCB kế tiếp cao hơn. Nhờ vậy mà các MCB trên bộ nhớ được kết nối như một danh sách liên kết. Chưa sủ dụng Memory Control Block1 Đư ợc quản lý bởi MCB1 Memory Co ntrol Block2 Đư ợc quản lý bởi MCB2 MCB3 (MCB cu ối c ùng) Đư ợc quản lý bởi MCB3 Hình 3.16: Quản lý bộ nhớ bằng MCB của DOS Kết thúc M 0000:0000 Bắt đầu vùng TPA Kết thúc vùng TPA Hệ điều hành Hệ điều hành Liên kết giữa các MCB Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Để nạp một chương trình vào bộ nhớ DOS cấp cho chương trình hai vùng nhớ, vùng thứ nhất đủ để chứa khối tham số môi trường của chương trình, vùng thứ hai đủ để chứa chính chương trình và PSP tương ứng của nó. Việc xác định kích thước của chương trình dạng COM sẽ rất khó vì chương trình dạng COM được lưu trữ trên đĩa là hoàn toàn giống như nó ở trên bộ nhớ, ngoài ra không có thêm bất cứ thong tin nào. Đối với các chương trình dạng EXE thì dễ hơn vì kích thước của chương trình EXE được ghi trong Header, header đứng trước mọi chương trình EXE và được tạo ra trong qúa trình bên dịch chương trình. Thông thường khi nạp một chương trình dạng COM vào bộ nhớ DOS sẽ cấp cho chương trình toàn bộ không gian nhớ còn lại của bộ nhớ. III.13. Sự phân trang/đoạn trong hệ điều hành Windown NT Windows NT được thiết kế để cài đặt trên nhiều họ processor khác nhau, đặc biệt là trên các processor Intel 486. Trên các hệ thống PC IBM và tương thích sử dụng Intel 486, Windows chấp nhận kích thước của một page là 4KB, đây là cơ sở để thực hiện chiến lược bộ nhớ ảo của Windows NT. III.5.a. Segmentation: Khi sự phân đoạn được sử dụng, mỗi địa chỉ ảo (trong các tài liệu 80386 được gọi là địa chỉ logic) bao gồm 16 bít segment và 32 bít offset. Hai bít đầu tiên của segment được sử dụng trong chiến lược bảo vệ bộ nhớ, 14 bít còn lại dùng để chỉ đến một segment cụ thể. Do đó với bộ nhớ không được phân đoạn, bộ nhớ ảo của chương trình người sử dụng là 2 32 = 4GB. Với bộ nhớ được phân đoạn, tổng không gian bộ nhớ ảo được nhìn bởi chương trình người sử dụng là 2 46 = 64TB. Không gian địa chỉ vật lý 32 bít cho kích thước tối đa là 4GB. Lượng bộ nhớ ảo thực tế có thể lớn hơn 64TB: Đối với 80386 địa chỉ ảo phụ thuộc vào processor đang sử dụng. Một nửa không gian địa chỉ ảo (8K segment x 4GB) là không gian chung, được chia sẻ cho tất cả các tiến trình, phần còn lại là địa chỉ cục bộ và dành riêng cho mỗi tiến trình. Gắn liền với mỗi đoạn là 2 dạng thức của sự bảo vệ: mức đặc quyền (privilege level) và thuộc tính truy cập (access attribue). Có 4 mức đặc quyền, từ được bảo vệ cao nhất đến được bảo vệ thấp nhất: level 0, level 1, level 2, level 3. Mức đặc quyền có thể được gắn với segment dữ liệu hoặc với program segment. Một chương trình thực hiện chỉ có thể truy cập dữ liệu trong segment khi mức đặc quyền của nó thấp hơn hoặc bằng mức đặc quyền gắn với segment dữ liệu. Phần cứng không bắt buộc sử dụng cấp đặc quyền nào, việc này do các nhà thiết kế hệ điều hành quyết định. Thuộc tính truy cập của một segment dữ liệu chỉ ra có hay không sự cho phép truy cập read/write hoặc read-only. Đối với các segment program, thuộc tính truy cập chỉ ra có hay không truy cập read/excute hoặc read- only. Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . nhớ, tùy theo yêu cầu bộ nhớ của chương trình mà DOS cung cấp cho chương trình một vùng nhớ, vùng nhớ này sẽ được quản lý bởi một MCB ứng ngay trước nó. Hình 3.16 sau đây minh họa cho điều này khối nhớ thừa mà hệ điều hành đã cấp cho chương trình. Vì chương chương trình COM được nạp ngay sau PSP của nó trong bộ nhớ nên ngay sau khi điều khiển được chuyển cho chương trình COM thì các. giải phóng cả khối nhớ cấp cho chương trình và khối nhớ dùng làm PSP cho chương trình. PSP dài 256 byte, chứa các thông tin cần cho cả DOS và chương trình chạy. PSP cho biết địa chỉ đoạn của