грамм (см. [SVID 85]). Ћднако действие этих функций похо-
      же.


                                    158

сохраненный в результате работы  алгоритма  setjmp,  оно  исполнит  алгоритм
longjmp,  который восстанавливает контекст из пространства процесса и имеет,
как и setjmp, код завершениЯ, равный 1.


        6.4.5 Љопирование данных между адресным пространством сис-
              темы и адресным пространством задачи

    „о сих пор речь шла о том, что процесс выполнЯетсЯ в режиме Ядра  или  в
режиме  задачи без каких-либо перекрытий (пересечений) между режимами. Ћдна-
ко, при выполнении большинства системных функций, рассмотренных в  последней
главе,  между пространством Ядра и пространством задачи осуществлЯетсЯ пере-
сылка данных, например, когда идет копирование параметров вызываемой функции
из пространства задачи в пространство Ядра или когда  производитсЯ  передача
данных из буферов ввода-вывода в процессе выполнениЯ функции read. Ќа многих
машинах  Ядро системы может непосредственно ссылатьсЯ на адреса, принадлежа-
щие адресному пространству задачи. џдро должно убедитьсЯ в том,  что  адрес,
по которому производитсЯ запись или считывание, доступен, как будто бы рабо-
та  ведетсЯ в режиме задачи; в противном случае произошло бы нарушение стан-
дартных методов защиты и Ядро, пусть неумышленно, стало бы обращатьсЯ к  ад-
ресам, которые находЯтсЯ за пределами адресного пространства задачи (и, воз-
можно,  принадлежат  структурам  данных Ядра). Џоэтому передача данных между
пространством Ядра и пространством задачи ЯвлЯетсЯ  "дорогим  предприЯтием",
требующим длЯ своей реализации нескольких команд.

    +--------------------------------------------------------+
    | fubyte:                         # пересылка байта из   |
    |                                 # пространства задачи  |
    |         prober   $3,$1,*4(ap)   # байт доступен ?      |
    |         beql     eret           # нет                  |
    |         movzbl   *4(ap),r0                             |
    |         ret                                            |
    | eret:                                                  |
    |         mnegl    $1,r0          # возврат ошибки (-1)  |
    |         ret                                            |
    +--------------------------------------------------------+

    ђисунок 6.17.  Џересылка данных  из  пространства  задачи  в
                   пространство Ядра в системе VAX


    Ќа ђисунке 6.17 показан пример реализованной в системе VAX программы пе-
ресылки символа из адресного пространства задачи в адресное пространство Яд-
ра. Љоманда prober проверЯет, может ли байт по адресу, равному (регистр ука-
зателЯ  аргумента  + 4), быть считан в режиме задачи (режиме 3), и если нет,
Ядро передает управление по адресу eret, сохранЯет в нулевом регистре  -1  и
выходит  из программы; при этом пересылки символа не происходит. ‚ противном
случае Ядро пересылает один байт, находЯщийсЯ по указанному  адресу,  в  ре-
гистр  0 и возвращает его в вызывающую программу. Џересылка 1 символа потре-
бовала пЯти команд (включаЯ вызов функции с именем fubyte).


        6.5 “ЏђЂ‚‹…Ќ€… Ђ„ђ…‘Ќ›Њ ЏђЋ‘’ђЂЌ‘’‚ЋЊ ЏђЋ–…‘‘Ђ

    ‚ этой главе мы пока говорили о том, каким образом осуществлЯетсЯ перек-
лючение контекста между процессами и как контекстные уровни  запоминаютсЯ  в
стеке  и  выбираютсЯ из стека, представлЯЯ контекст пользовательского уровнЯ
как статический объект, не претерпевающий изменений при восстановлении  кон-
текста процесса. Ћднако, с виртуальным адресным пространством процесса рабо-

                                    159

тают  различные  системные  функции и, как будет показано в следующей главе,
выполнЯют при этом операции над областЯми. ‚  этом  разделе  рассматриваетсЯ
информационнаЯ  структура  области;  системные функции, реализующие операции
над областЯми, будут рассмотрены в следующей главе.
    ‡апись таблицы областей содержит информацию,  необходимую  длЯ  описаниЯ
области. ‚ частности, она включает в себЯ следующие полЯ:
  * “казатель на индекс файла, содержимое которого было первоначально загру-
    жено в область
  *  ’ип области (область команд, разделЯемаЯ памЯть, область частных данных
    или стека)
  * ђазмер области
  * Њестоположение области в физической памЯти
  * ‘татус  (состоЯние) области,  представлЯющий собой комбинацию
    из следующих признаков:
    - заблокирована
    - запрошена
    - идет процесс ее загрузки в памЯть
    - готова, загружена в памЯть
  * ‘четчик ссылок, в котором хранитсЯ количество процессов, ссылающихсЯ  на
    данную область.

    Љ  операциЯм  работы  с  областЯми относЯтсЯ: блокировка области, снЯтие
блокировки с области, выделение области, присоединение области к пространст-
ву памЯти процесса, изменение размера области, загрузка области из  файла  в
пространство  памЯти процесса, освобождение области, отсоединение области от
пространства памЯти процесса и копирование  содержимого  области.  Ќапример,
системнаЯ функциЯ exec, в которой содержимое исполнЯемого файла накладывает-
сЯ  на адресное пространство задачи, отсоединЯет старые области, освобождает
их в том случае, если они не ЯвлЯютсЯ разделЯемыми, выделЯет новые  области,
присоединЯет их и загружает содержимым файла. ‚ остальной части раздела опе-
рации  над  областЯми описываютсЯ более детально с ориентацией на модель уп-
равлениЯ памЯтью, рассмотренную ранее (с таблицами страниц и группами  аппа-
ратных  регистров), и с ориентацией на алгоритмы назначениЯ страниц физичес-
кой памЯти и таблиц страниц (глава 9).


        6.5.1 Ѓлокировка области и снЯтие блокировки

    Ћперации блокировки и снЯтиЯ блокировки длЯ области выполнЯютсЯ  незави-
симо  от операций выделениЯ и освобождениЯ области, подобно тому, как опера-
ции блокированиЯ-разблокированиЯ индекса в файловой системе выполнЯютсЯ  не-
зависимо  от  операций  назначениЯ-освобождениЯ  индекса  (алгоритмы  iget и
iput). ’аким образом, Ядро может заблокировать и выделить область,  а  потом
снЯть блокировку, не освобождаЯ области. ’очно также, когда Ядру понадобитсЯ
обратитьсЯ  к  выделенной  области,  оно сможет заблокировать область, чтобы
запретить доступ к ней со стороны других процессов, и позднее  снЯть  блоки-
ровку.


        6.5.2 ‚ыделение области

    џдро  выделЯет  новую  область  (по алгоритму allocreg, ђисунок 6.18) во
времЯ выполнениЯ системных функций fork, exec и shmget (получить разделЯемую
памЯть). џдро поддерживает таблицу областей, записЯм  которой  соответствуют
точки  входа либо в списке свободных областей, либо в списке активных облас-
тей. Џри выделении записи в таблице областей Ядро выбирает из списка свобод-
ных областей первую доступную запись, включает ее в список  активных  облас-
тей, блокирует область и делает пометку о ее типе (разделЯемаЯ или частнаЯ).
‡а  некоторым  исключением каждый процесс ассоциируетсЯ с исполнЯемым файлом

                                    160

(после того, как была выполнена команда exec), и в алгоритме  allocreg  поле
индекса  в  записи таблицы областей устанавливаетсЯ таким образом, чтобы оно
указывало на индекс исполнЯемого файла. €ндекс  идентифицирует  область  длЯ
Ядра, поэтому другие процессы могут при желании разделЯть область. џдро уве-
личивает значение счетчика ссылок на индекс, чтобы помешать другим процессам
удалЯть  содержимое  файла  при выполнении функции unlink, об этом еще будет
идти речь в разделе 7.5. ђезультатом алгоритма allocreg ЯвлЯетсЯ  назначение
и блокировка области.

    +------------------------------------------------------------+
    | алгоритм allocreg   /* разместить информационную структуру |
    |                        области */                          |
    | входнаЯ информациЯ:  (1) указатель индекса                 |
    |                      (2) тип области                       |
    | выходнаЯ информациЯ: заблокированнаЯ область               |
    | {                                                          |
    |    выбрать область из списка свободных областей;           |
    |    назначить области тип;                                  |
    |    присвоить значение указателю индекса;                   |
    |    если (указатель индекса имеет ненулевое значение)       |
    |          увеличить значение счетчика ссылок на индекс;     |
    |    включить область в список активных областей;            |
    |    возвратить (заблокированную область);                   |
    | }                                                          |
    +------------------------------------------------------------+

             ђисунок 6.18. Ђлгоритм выделениЯ области


        6.5.3 Џрисоединение области к процессу

    џдро присоединЯет область к адресному пространству процесса во времЯ вы-
полнениЯ  системных  функций fork, exec и shmat (алгоритм attachreg, ђисунок
6.19). Ћбласть может быть вновь назначаемой или  уже  существующей,  которую
процесс  будет  использовать  совместно  с другими процессами. џдро выбирает
свободную запись в частной таблице областей процесса,  устанавливает  в  ней
поле типа таким образом, чтобы оно указывало на область команд, данных, раз-
делЯемую  памЯть или область стека, и записывает виртуальный адрес, по кото-
рому область будет размещатьсЯ в адресном пространстве процесса. Џроцесс  не
должен  выходить за предел установленного системой ограничениЯ на максималь-
ный виртуальный адрес, а виртуальные адреса новой области не должны  пересе-
катьсЯ  с адресами существующих уже областей. Ќапример, если система ограни-
чила максимально-допустимое значение виртуального адреса процесса 8 мегабай-
тами, то привЯзать область размером 1 мегабайт к виртуальному адресу 7.5M не
удастсЯ. …сли же присоединение области допустимо, Ядро увеличивает  значение
полЯ,  описывающего  размер  области процесса в записи таблицы процессов, на
величину присоединЯемой области, а также увеличивает значение счетчика  ссы-
лок на область.
    Љроме  того,  в  алгоритме  attachreg устанавливаютсЯ начальные значениЯ
группы регистров управлениЯ памЯтью, выделенных процессу. …сли область ранее
не присоединЯлась к какому-либо процессу, Ядро  с  помощью  функции  growreg
(см.  следующий раздел) заводит длЯ области новые таблицы страниц; в против-
ном случае используютсЯ уже существующие таблицы страниц. Ђлгоритм завершает
работу, возвращаЯ указатель на точку входа в частную таблицу  областей  про-
цесса, соответствующую вновь присоединенной области. „опустим, например, что
Ядру нужно подключить к процессу по виртуальному адресу 0 существующую (раз-
делЯемую) область, имеющую размер 7 Љбайт (ђисунок 6.20). Ћно выделЯет новую


                                    161

    +------------------------------------------------------------+
    | алгоритм attachreg  /* присоединение области к процессу */ |
    | входнаЯ информациЯ:  (1) указатель на присоединЯемую об-   |
    |                          ласть (заблокированную)           |
    |                      (2) процесс, к которому присоединЯетсЯ|
    |                          область                           |
    |                      (3) виртуальный адрес внутри процесса,|
    |                          по которому будет присоединена об-|
    |                          ласть                             |
    |                      (4) тип области                       |
    | выходнаЯ информациЯ: точка входа в частную таблицу областей|
    |                      процесса                              |
    | {                                                          |
    |     выделить новую запись в частной таблице областей про-  |
    |      цесса;                                                |
    |     проинициализировать значениЯ полей записи:             |
    |          установить указатель на присоединЯемую область;   |
    |          установить тип области;                           |
    |          установить виртуальный адрес области;             |
    |     проверить правильность указаниЯ виртуального адреса и  |
    |      размера области;                                      |
    |     увеличить значение счетчика ссылок на область;         |
    |     увеличить размер процесса с учетом присоединениЯ облас-|
    |      ти;                                                   |
    |     записать начальные значениЯ в новую группу аппаратных  |
    |      регистров;                                            |
    |     возвратить (точку входа в частную таблицу областей про-|
    |      цесса);                                               |
    | }                                                          |
    +------------------------------------------------------------+

             ђисунок 6.19. Ђлгоритм присоединениЯ области


группу  регистров  управлениЯ  памЯтью и заносит в них адрес таблицы страниц
области, виртуальный адрес области в пространстве процесса (0) и размер таб-
лицы страниц (9 записей).


        6.5.4 €зменение размера области

    Џроцесс может расширЯть или сужать свое виртуальное адресное пространст-
во с помощью функции sbrk. ’очно так же и стек процесса расширЯетсЯ  автома-
тически  (то есть длЯ этого процессу не нужно Явно обращатьсЯ к определенной
функции) в соответствии с глубиной вложенности  обращений  к  подпрограммам.
€зменение размера области производитсЯ внутри Ядра по алгоритму growreg (ђи-
сунок  6.21). Џри расширении области Ядро проверЯет, не будут ли виртуальные
адреса расширЯемой области пересекатьсЯ с адресами какой-нибудь  другой  об-
ласти и не повлечет ли расширение области за собой выход процесса за пределы
максимально-допустимого  виртуального  пространства  памЯти. џдро никогда не
использует алгоритм growreg длЯ увеличениЯ размера разделЯемой области,  уже
присоединенной  к нескольким процессам; поэтому оно не беспокоитсЯ о том, не
приведет ли увеличение размера области длЯ одного процесса к превыше-
нию другим процессом системного ограничениЯ, накладываемого на  размер  про-
цесса. Џри работе с существующей областью Ядро использует алгоритм growreg в
двух случаЯх: выполнЯЯ функцию sbrk по отношению к области данных процесса и
реализуЯ  автоматическое  увеличение стека задачи. Ћбе эти области (данных и
стека) частного типа. Ћбласти команд и разделЯемой памЯти после  инициализа-


                                    162

                 —астнаЯ таблица областей процесса
                 +---------+-------------+--------+
                 |  Ђдрес  | ‚иртуальный | ђазмер |
                 | таблицы | адрес в про-|    и   |
                 | страниц |  странстве  | защита |
                 |         |   процесса  |        |
                 +---------+-------------+--------+
    ’очка входа  |         |      0      |    9   |
    длЯ области  +----+----+-------------+--------+
      команд          +----+
                           v
                           +-------------+
                           |    пусто    |
                           +-------------+
                           |    пусто    |
                           +-------------+
                           |    846K     |
                           +-------------+
                           |    752K     |
                           +-------------+
                           |    341K     |
                           +-------------+
                           |    484K     |
                           +-------------+
                           |    976K     |
                           +-------------+
                           |    342K     |
                           +-------------+
                           |    779K     |
                           +-------------+

    ђисунок 6.20. Џример присоединениЯ существующей области команд

ции не могут расширЯтьсЯ. ќтот момент будет поЯснен в следующей главе.
    —тобы разместить расширенную памЯть, Ядро выделЯет новые таблицы страниц
(или  расширЯет существующие) или отводит дополнительную физическую памЯть в
тех системах, где не поддерживаетсЯ подкачка страниц по обращению. Џри выде-
лении дополнительной физической памЯти Ядро проверЯет ее наличие  перед  вы-
полнением  алгоритма  growreg;  если  же памЯти больше нет, Ядро прибегает к
другим средствам увеличениЯ размера области (см. главу 9). …сли процесс сок-
ращает размер области, Ядро просто освобождает памЯть,  отведенную  под  об-
ласть. ‚о всех этих случаЯх Ядро переопределЯет размеры процесса и области и
переустанавливает  значениЯ полей записи частной таблицы областей процесса и
регистров управлениЯ памЯтью (так, чтобы они согласовались с новым отображе-
нием памЯти).
    Џредположим, например, что область стека процесса начинаетсЯ с виртуаль-
ного адреса 128Љ и имеет размер 6 Љбайт и что Ядру нужно расширить  эту  об-
ласть  на  1 Љбайт (1 страницу). …сли размер процесса позволЯет это делать и
если виртуальные адреса в диапа-
зоне от 134Љ до 135Љ - 1 не принадлежат какой-либо области, ранее  присоеди-
ненной  к  процессу,  Ядро увеличивает размер стека. Џри этом Ядро расширЯет
таблицу страниц, выделЯет новую страницу памЯти и инициализирует  новую  за-
пись таблицы. ќтот случай проиллюстрирован с помощью ђисунка 6.22.


        6.5.5 ‡агрузка области

    ‚  системе, где поддерживаетсЯ подкачка страниц по обращению, Ядро может


                                    163

    +------------------------------------------------------------+
    | 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;                                                  |
    | }                                                          |
    +------------------------------------------------------------+

          ђисунок 6.21. Ђлгоритм изменениЯ размера области


"отображать" файл в адресное пространство процесса во времЯ выполнениЯ функ-
ции exec, подготавливаЯ последующее чтение по запросу  отдельных  физических
страниц  (см. главу 9). …сли же подкачка страниц по обращению не поддержива-
етсЯ, Ядру приходитсЯ копировать исполнЯемый файл в памЯть, загружаЯ области
процесса по указанным в файле виртуальным адресам. џдро  может  присоединить
область  к разным виртуальным адресам, по которым будет загружатьсЯ содержи-
мое файла, создаваЯ таким образом "разрыв" в таблице страниц (вспомним ђису-
нок 6.20). ќта возможность может пригодитьсЯ, например, когда требуетсЯ про-
ЯвлЯть ошибку памЯти (memory  fault)  в  случае  обращениЯ  пользовательских
программ  к нулевому адресу (если последнее запрещено). Џеременные указатели
в программах иногда задаютсЯ неверно (отсутствует проверка  их  значений  на
равенство 0) и в результате не могут использоватьсЯ в качестве
указателей  адресов. …сли 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.
    Џри  загрузке  файла в область алгоритм loadreg (ђисунок 6.23) проверЯет
разрыв между виртуальным адресом, по которому область присоединЯетсЯ к  про-
цессу,  и  виртуальным  адресом,  с которого располагаютсЯ данные области, и
расширЯет область в соответствии с требуемым объемом памЯти.  ‡атем  область


                                    164

       —астнаЯ таблица областей          —астнаЯ таблица областей
               процесса                          процесса
     +-------+----------+------+       +-------+----------+------+
     | Ђдрес | ‚иртуаль-| ђаз- |       | Ђдрес | ‚иртуаль-| ђаз- |
     | табли-| ный адрес| мер  |       | табли-| ный адрес| мер  |
     | цы    | в прост- | и    |       | цы    | в прост- | и    |
     | стра- | ранстве  | защи-|       | стра- | ранстве  | защи-|
     | ниц   | процесса | та   |       | ниц   | процесса | та   |
     +-------+----------+------+       +-------+----------+------+
     |       |          |      |       |       |          |      |
     +-------+----------+------+       +-------+----------+------+
     |       |          |      |       |       |          |      |
’очка+-------+----------+------+  ’очка+-------+----------+------+
входа|       |   128K   |  6K  |  входа|       |   128K   |  7K  |
 длЯ +---+---+----------+------+   длЯ +---+---+----------+------+
стека    +--+                     стека    +--+
            v                                 v
            +-------------+                   +-------------+
            |    342K     |                   |    342K     |
            +-------------+                   +-------------+
            |    779K     |                   |    779K     |
            +-------------+                   +-------------+
            |    846K     |                   |    846K     |
            +-------------+                   +-------------+
            |    752K     |                   |    752K     |
            +-------------+                   +-------------+
            |    341K     |                   |    341K     |
            +-------------+                   +-------------+
            |    484K     |                   |    484K     |
            +-------------+        ЌЋ‚Ђџ      +-------------+
            |             |        ‘’ђЂЌ€–Ђ-->|    976K     |
            +-------------+                   +-------------+
            |             |                   |             |
            +-------------+                   +-------------+
            |             |                   |             |
            +-------------+                   +-------------+
          „о увеличениЯ стека              Џосле увеличениЯ стека

          ђисунок 6.22. “величение области стека на 1 Љбайт


переводитсЯ  в состоЯние "загрузки в памЯть", при котором данные длЯ области
считываютсЯ из файла в памЯть с  помощью  встроенной  модификации  алгоритма
системной функции read.
    …сли Ядро загружает область команд, котораЯ может разделЯтьсЯ нескольки-
ми  процессами,  возможна ситуациЯ, когда процесс попытаетсЯ воспользоватьсЯ
областью до того, как ее содержимое будет полностью загружено, так как  про-
цесс загрузки может приостано-
витьсЯ  во  времЯ  чтениЯ файла. Џодробно о том, как это происходит и почему
при этом нельзЯ использовать блокировки, мы  поговорим,  когда  будем  вести
речь о функции exec в следующей главе и в главе 9. —тобы устранить эту проб-
лему,  Ядро проверЯет статус области и не разрешает к ней доступ до тех пор,
пока загрузка области не будет закончена. Џо завершении реализации алгоритма
loadreg Ядро возобновлЯет выполнение  всех  процессов,  ожидающих  окончаниЯ
загрузки области, и изменЯет статус области ("готова, загружена в памЯть").
    Џредположим,  например, что Ядру нужно загрузить текст размером 7K в об-
ласть, присоединенную к процессу по виртуальному адресу 0, но при этом оста-
вить промежуток размером 1 Љбайт от начала области (ђисунок 6.24).  Љ  этому


                                    165

    +------------------------------------------------------------+
    | 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;                                  |
    | }                                                          |
    +------------------------------------------------------------+

       ђисунок 6.23. Ђлгоритм загрузки данных области из файла


времени  Ядро  уже выделило запись в таблице областей и присоединило область
по адресу 0 с помощью алгоритмов allocreg и attachreg. ’еперь же Ядро запус-
кает алгоритм loadreg, в  котором  действиЯ  алгоритма  growreg  выполнЯютсЯ
дважды  -  во-первых, при выделении в начале области промежутка в 1 Љбайт, и
во-вторых, при выделении места длЯ содержимого области - и алгоритм  growreg
назначает  длЯ области таблицу страниц. ‡атем Ядро заносит в соответствующие
полЯ пространства процесса установочные значениЯ длЯ чтениЯ данных из файла:
считываютсЯ 7 Љбайт, начинаЯ с адреса, указанного  в  виде  смещениЯ  внутри
файла  (параметр  алгоритма), и записываютсЯ в виртуальное пространство про-
цесса по адресу 1K.

       —астнаЯ таблица областей          —астнаЯ таблица областей
               процесса                          процесса
     +-------+----------+------+       +-------+----------+------+
     | Ђдрес | ‚иртуаль-| ђаз- |       | Ђдрес | ‚иртуаль-| ђаз- |
     | табли-| ный адрес| мер  |       | табли-| ный адрес| мер  |
     | цы    | в прост- | и    |       | цы    | в прост- | и    |
     | стра- | ранстве  | защи-|       | стра- | ранстве  | защи-|
     | ниц   | процесса | та   |       | ниц   | процесса | та   |
     +-------+----------+------+       +-------+----------+------+
’екст|  ---  |          |   0  |       |       |     0    |   8  |
     +-------+----------+------+       +---+---+----------+------+
     (а) ‡апись таблицы в перво-           +--+
         начальном виде                       |
                                              v

                                    166


                                              +-------------+
                                              |    пусто    |
       —астнаЯ таблица областей               +-------------+
               процесса                       |    779K     |
     +-------+----------+------+              +-------------+
     | Ђдрес | ‚иртуаль-| ђаз- |              |    846K     |
     | табли-| ный адрес| мер  |              +-------------+
     | цы    | в прост- | и    |              |    752K     |
     | стра- | ранстве  | защи-|              +-------------+
     | ниц   | процесса | та   |              |    341K     |
     +-------+----------+------+              +-------------+
     |       |     0    |   1  |              |    484K     |
     +---+---+----------+------+              +-------------+
         +--+                                 |    976K     |
            |                                 +-------------+
            v                                 |    794K     |
            +-------------+                   +-------------+
            |    пусто    |                   |             |
            +-------------+                   +-------------+
     (б) ‡апись, указывающаЯ на        (в) Џосле второго выполне-
         промежуток в начале об-           ниЯ алгоритма growreg
         ласти (после первого
         выполнениЯ алгоритма
         growreg)


         ђисунок 6.24. ‡агрузка 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;                             |
    | }                                                          |
    +------------------------------------------------------------+


            ђисунок 6.25. Ђлгоритм освобождениЯ области

                                    167
        6.5.6 Ћсвобождение области

    …сли область не присоединена уже ни к какому процессу,  она  может  быть
освобождена  Ядром  и возвращена в список свободных областей (ђисунок 6.25).
…сли область свЯзана с индексом, Ядро освобождает и индекс с  помощью  алго-
ритма iput, учитываЯ значение счетчика ссылок на индекс, установленное в ал-
горитме  allocreg.  џдро освобождает все свЯзанные с областью физические ре-
сурсы, такие как таблицы страниц и собственно  страницы  физической  памЯти.
Џредположим, например, что Ядру нужно освободить область стека, описанную на
ђисунке  6.22.  …сли  счетчик ссылок на область имеет нулевое значение, Ядро
освободит 7 страниц физической памЯти вместе с таблицей страниц.

    +------------------------------------------------------------+
    | алгоритм detachreg   /* отсоединить область от процесса */ |
    | входнаЯ информациЯ:  указатель на точку входа в частной    |
    |                      таблице областей процесса             |
    | выходнаЯ информациЯ: отсутствует                           |
    | {                                                          |
    |    обратитьсЯ к вспомогательным таблицам процесса, имеющим |
    |     отношение к распределению памЯти,                      |
    |         освободить те из них, которые свЯзаны с областью;  |
    |    уменьшить размер процесса;                              |
    |    уменьшить значение счетчика ссылок на область;          |
    |    если (значение счетчика стало нулевым и область не ЯвлЯ-|
    |     етсЯ неотъемлемой частью процесса)                     |
    |         освободить область (алгоритм freereg);             |
    |    в противном случае   /* либо значение счетчика отлично  |
    |                            от 0, либо область ЯвлЯетсЯ не- |
    |                            отъемлемой частью процесса */   |
    |    {                                                       |
    |         снЯть блокировку с индекса (ассоциированного с об- |
    |          ластью);                                          |
    |         снЯть блокировку с области;                        |
    |    }                                                       |
    | }                                                          |
    +------------------------------------------------------------+

            ђисунок 6.26. Ђлгоритм отсоединениЯ области


        6.5.7 Ћтсоединение области от процесса

    џдро отсоединЯет области при выполнении системных функций exec,  exit  и
shmdt (отсоединить разделЯемую памЯть). Џри этом Ядро корректирует соответс-
твующую  запись  и  разъединЯет свЯзь с физической памЯтью, делаЯ недействи-
тельными  свЯзанные  с  областью  регистры  управлениЯ   памЯтью   (алгоритм
detachreg,  ђисунок 6.26). Њеханизм преобразованиЯ адресов после этого будет
относитьсЯ уже к процессу, а не к области (как в  алгоритме  freereg).  џдро
уменьшает  значение счетчика ссылок на область и значение полЯ, описывающего
размер процесса в записи таблицы процессов, в соответствии с размером облас-
ти. …сли значение счетчика становитсЯ равным 0 и если нет причины  оставлЯть
область  без  изменений (область не ЯвлЯетсЯ областью разделЯемой памЯти или
областью команд с признаками неотъемлемой части процесса, о чем  будет  идти
речь  в  разделе 7.5), Ядро освобождает область по алгоритму freereg. ‚ про-
тивном случае Ядро снимает с индекса и с области  блокировку,  установленную
длЯ  того,  чтобы предотвратить конкуренцию между параллельно выполнЯющимисЯ
процессами (см. раздел 7.5), но оставлЯет область и ее ресурсы  без  измене-
ний.


                                    168

 —астные таблицы областей процессов          Ћбласти
          +--------------+               +-------------+
  Љоманды |              +-------------->| ђазделЯемаЯ |
          +--------------+      +------->+-------------+
   „анные |              +----+ |
          +--------------+    | |        +-------------+
     ‘тек |              +--+ +-|------->|   —астнаЯ   +-+
          +--------------+  |   |        +-------------+ | Љопи-
             Џроцесс A      |   |                        | рова-
                            |   |        +-------------+ | ние
                            +---|------->|   —астнаЯ   +-|-+ дан-
          +--------------+      |        +-------------+ | | ных
  Љоманды |              +------+                        | |
          +--------------+               +-------------+ | |
   „анные |              +-------------->|   —астнаЯ   |<+ |
          +--------------+               +-------------+   |
     ‘тек |              +------+                          |
          +--------------+      |        +-------------+   |
             Џроцесс B          +------->|   —астнаЯ   |<--+
                                         +-------------+

        ђисунок 6.27. Љопирование содержимого области

    +------------------------------------------------------------+
    | алгоритм dupreg   /* копирование содержимого существующей  |
    |                      области */                            |
    | входнаЯ информациЯ:  указатель на точку входа в таблице об-|
    |                      ластей                                |
    | выходнаЯ информациЯ: указатель на область, ЯвлЯющуюсЯ точ- |
    |                      ной копией существующей области       |
    | {                                                          |
    |     если (область разделЯемаЯ)                             |
    |          /* в вызывающей программе счетчик ссылок на об-   |
    |             ласть будет увеличен, после чего будет испол-  |
    |             нен алгоритм attachreg */                      |
    |          возвратить (указатель на исходную область);       |
    |     выделить новую область (алгоритм allocreg);            |
    |     установить значениЯ вспомогательных структур управлениЯ|
    |      памЯтью в точном соответствии со значениЯми существую-|
    |      щих структур исходной области;                        |
    |     выделить длЯ содержимого области физическую памЯть;    |
    |     "скопировать" содержимое исходной области во вновь соз-|
    |       данную область;                                      |
    |     возвратить (указатель на выделенную область);          |
    | }                                                          |
    +------------------------------------------------------------+

    ђисунок 6.28. Ђлгоритм копированиЯ содержимого существующей области


        6.5.8 Љопирование содержимого области

    ‘истемнаЯ функциЯ fork требует, чтобы Ядро скопировало содержимое облас-
тей процесса. …сли же область разделЯемаЯ (разделЯемый текст команд или раз-
делЯемаЯ  памЯть),  Ядру нет надобности копировать область физически; вместо
этого оно увеличивает значение счетчика ссылок на  область,  позволЯЯ  роди-
тельскому  и порожденному процессам использовать область совместно. …сли об-
ласть не ЯвлЯетсЯ разделЯемой и Ядру нужно физически копировать ее  содержи-
мое,  оно  выделЯет новую запись в таблице областей, новую таблицу страниц и

                                    169

отводит под создаваемую область физическую памЯть. ‚ качестве примера  расс-
мотрим  ђисунок 6.27, где процесс A порождает с помощью функции fork процесс
B и копирует области родительского процесса. Ћбласть команд процесса A ЯвлЯ-
етсЯ разделЯемой, поэтому процесс B может использовать эту область совместно
с процессом A. Ћднако области данных и стека родительского процесса ЯвлЯютсЯ
его личной принадлежностью (имеют частный тип),  поэтому  процессу  B  нужно
скопировать их содержимое во вновь выделенные области. Џри этом даже длЯ об-
ластей  частного типа физическое копирование области не всегда необходимо, в
чем мы убедимсЯ позже (глава 9). Ќа ђисунке 6.28 приведен алгоритм копирова-
ниЯ содержимого области (dupreg).


        6.6 Џђ€Ћ‘’ЂЌЋ‚ЉЂ ‚›ЏЋ‹Ќ…Ќ€џ

    Љ настоЯщему моменту мы рассмотрели все  функции  работы  с  внутренними
структурами  процесса,  выполнЯющиесЯ на нижнем уровне взаимодействиЯ с про-
цессом и обеспечивающие переход в состоЯние "выполнениЯ в режиме Ядра" и вы-
ход из этого состоЯниЯ в другие состоЯниЯ, за исключением функций, переводЯ-
щих процесс в состоЯние "приостанова выполнениЯ". ’еперь перейдем к рассмот-
рению алгоритмов, с помощью которых процесс переводитсЯ из состоЯниЯ "выпол-
нениЯ в режиме Ядра" в состоЯние "приостанова в памЯти" и из состоЯниЯ  при-
останова  в  состоЯниЯ  "готовности к запуску" с выгрузкой и без выгрузки из
памЯти.

                                 +-------------------------------+
                                 |   Љонтекстный уровень Ядра 2  |
                                 |   €сполнить программу пере-   |
                                 |      ключениЯ контекста       |
                                 |                               |
                                 |   ‘охранить регистровый кон-  |
                                 |   текст обращениЯ к системной |
                                 |             функции           |
   ‡апуск алгоритма приостанова -+-------------------------------+
              ^                  |   Љонтекстный уровень Ядра 1  |
              |                  |   €сполнить обращение к сис-  |
              |                  |        темной функции         |
              |                  |