Шпаргалка по "Информатике"

Интервал записи, с одной стороны, должен быть как  можно большим для возможного повторного использования их приложением, а с другой − меньше, чтобы  они не могли быть искажены или  вообще утерянным из-за записи в  тот же буфер новых данных. Ограниченность объема кэша предполагает использование различных стратегий (дисциплин) назначения буферов под хранение данных.

Качество кэширования  может быть повышено за счет техники  упреждающего чтения. В этом случае с диска считывается большее  количество данных, чем запрошено  операцией чтения. С большой вероятностью следующие данные, необходимые задачи, находятся в смежных секторах, которые к моменту их запроса  оказываются уже в кэше.

 

14.Методы  распределения памяти  с использованием  дискового пространства. Сегментное распределение.  Страничное распределение. Странично-сегментное распределение. Свопинг.

виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи:

• размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;
• перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;
• преобразует виртуальные адреса в физические.

Наиболее распространенными  реализациями виртуальной памяти является страничное, сегментное и странично-сегментное распределение памяти, а также свопинг.

Страничное  распределение

Виртуальное адресное пространство каждого процесса делится  на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами. В общем  случае размер виртуального адресного  пространства не является кратным размеру  страницы, поэтому последняя страница каждого процесса дополняется фиктивной  областью.

При загрузке процесса часть его виртуальных страниц  помещается в оперативную память, а остальные - на диск. Смежные виртуальные  страницы не обязательно располагаются  в смежных физических страницах. При загрузке операционная система  создает для каждого процесса информационную структуру - таблицу  страниц, в которой устанавливается  соответствие между номерами виртуальных  и физических страниц для страниц, загруженных в оперативную память, или делается отметка о том, что  виртуальная страница выгружена  на диск. Кроме того, в таблице  страниц содержится управляющая  информация, такая как признак  модификации страницы, признак невыгружаемости (выгрузка некоторых страниц может быть запрещена), признак обращения к странице (используется для подсчета числа обращений за определенный период времени) и другие данные, формируемые и используемые механизмом виртуальной памяти.

При активизации  очередного процесса в специальный  регистр процессора загружается  адрес таблицы страниц данного  процесса.

При каждом обращении  к памяти происходит чтение из таблицы  страниц информации о виртуальной  странице, к которой произошло  обращение. Если данная виртуальная  страница находится в оперативной  памяти, то выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Если же нужная виртуальная страница в данный момент выгружена на диск, то происходит так называемое страничное прерывание. Выполняющийся процесс переводится в состояние ожидания, и активизируется другой процесс из очереди готовых. Параллельно программа обработки страничного прерывания находит на диске требуемую виртуальную страницу и пытается загрузить ее в оперативную память. Если в памяти имеется свободная физическая страница, то загрузка выполняется немедленно, если же свободных страниц нет, то решается вопрос, какую страницу следует выгрузить из оперативной памяти.  

Сегментное  распределение

Виртуальное адресное пространство процесса делится на сегменты, размер которых определяется программистом  с учетом смыслового значения содержащейся в них информации. Отдельный сегмент  может представлять собой подпрограмму, массив данных и т.п. Иногда сегментация  программы выполняется по умолчанию  компилятором.

При загрузке процесса часть сегментов помещается в  оперативную память (при этом для  каждого из этих сегментов операционная система подыскивает подходящий участок свободной памяти), а часть  сегментов размещается в дисковой памяти. Сегменты одной программы  могут занимать в оперативной  памяти несмежные участки. Во время  загрузки система создает таблицу  сегментов процесса (аналогичную  таблице страниц), в которой для  каждого сегмента указывается начальный  физический адрес сегмента в оперативной  памяти, размер сегмента, правила доступа, признак модификации, признак обращения  к данному сегменту за последний  интервал времени и некоторая  другая информация. Если виртуальные  адресные пространства нескольких процессов  включают один и тот же сегмент, то в таблицах сегментов этих процессов  делаются ссылки на один и тот же участок оперативной памяти, в  который данный сегмент загружается в единственном экземпляре.

Система с сегментной организацией функционирует аналогично системе со страничной организацией: время от времени происходят прерывания, связанные с отсутствием нужных сегментов в памяти, при необходимости  освобождения памяти некоторые сегменты выгружаются, при каждом обращении  к оперативной памяти выполняется  преобразование виртуального адреса в  физический. Кроме того, при обращении к памяти проверяется, разрешен ли доступ требуемого типа к данному сегменту.

Странично-сегментное распределение

Как видно из названия, данный метод представляет собой  комбинацию страничного и сегментного  распределения памяти и, вследствие этого, сочетает в себе достоинства  обоих подходов. Виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а  каждый сегмент в свою очередь  делится на виртуальные страницы, которые нумеруются в пределах сегмента. Оперативная память делится на физические страницы. Загрузка процесса выполняется  операционной системой постранично, при  этом часть страниц размещается  в оперативной памяти, а часть  на диске. Для каждого сегмента создается  своя таблица страниц, структура  которой полностью совпадает  со структурой таблицы страниц, используемой при страничном распределении. Для  каждого процесса создается таблица  сегментов, в которой указываются  адреса таблиц страниц для всех сегментов  данного процесса. Адрес таблицы  сегментов загружается в специальный  регистр процессора, когда активизируется соответствующий процесс. На рисунке 2.15 показана схема преобразования виртуального адреса в физический для данного метода.

 

16.Организация  файловых систем FAT, FAT32

FAT 16

Файловая система FAT (File Allocation Table) использовалась во всех версиях ОС Ms-DOS, а также в OS/2 (в версиях 1.0 и 1.1) и первых релизах Windows 95. Указанная файловая система вполне удовлетворяла требованиям своего времени в основном благодаря тому, что сама по себе очень компактна и проста. Благодаря этому она с легкостью использовалась на гибких носителях. Для хранения файла в FAT может использоваться один или несколько кластеров. Каждому кластеру диска в таблице FAT соответствует отдельная запись, которая либо указывает на следующий кластер файла, либо содержит метку конца файла. В составе каждого каталога хранятся имена входящих в него файлов. Вместе с именем файла хранится указатель на первый кластер этого файла. Помимо этого в каталоге хранится дата создания файла, его размер и атрибуты. Атрибуты могут указывать на то, что файл является скрытым, зарезервированным для использования операционной системой, требует архивирования (резервного копирования) или предназначен только для чтения. Казалось бы, при такой организации хранения данных, система должна быть достаточно быстрой и надежной.

Давайте же рассмотрим ее недостатки. Самый первый и главный недостаток, с которым мы сталкиваемся при использовании FAT – это слишком сильная ограниченность максимального размера тома FAT. Цифра 16 в названии FAT 16 означает, что таблица размещения файлов FAT идентифицирует записи, соответствующие дисковым кластерам, при помощи 16-разрядных чисел. Таким образом, в таблице можно разместить не более 65 536 записей (2 в 16-ой степени). А если учитывать то, что максимальный размер кластера - 32 Кбайта, то выходит, что максимальный раздел дискового тома - 2 Гбайта. Естественно, что эта система не удовлетворяет современным винчестерам, имеющим объемы в десятки гигабайт.

Второй  недостаток заключается в том, что для хранения всех файловых атрибутов система FAT использует всего 1 байт! Много ли можно поместить в один байт? Следовательно, просто не представляется возможности хранить данные о правах доступа к файлу, о его владельце и т.д.

Недостаток  номер 3 – при использовании большего размера тома мы вынуждены использовать больший размер кластера. Однако, в FAT один файл занимает как минимум один кластер. Например, при размере кластера в 32 Кбайт мы имеем файл, размером 2 Кбайт – в результате файл занимает весь кластер и мы теряем 30 Кбайт. Таким образом, получается, что физически файл занимает не 2, а все 32 Кбайт!

Четвертый недостаток – сведения о физическом расположении файлов хранятся в одном месте – таблице размещения файлов FAT. Это приводит к следующему:

• увеличивается вероятность повреждения и потери всей информации
• снижается скорость поиска, т.к. для поиска определенного файла нужно обработать всю таблицу.

Подводя итог вышесказанному, можно сделать вывод, что использовать FAT 16 в настоящее время неэффективно. Но стоит заметить, что FAT создавалась  довольно давно и удовлетворяла  требованиям того времени.

Файловая  система FAT 32

Эта файловая система  пришла на смену FAT 16, начиная с Windows 95 OEM release 2. Основное ее отличие от FAT 16 заключается в том, что таблица размещения файлов FAT идентифицирует записи, соответствующие дисковым кластерам, при помощи 32-разрядных чисел. В соответствии с этим максимальное количество записей становится равным 4 294 967 296 (2 в 32-ой степени). Следовательно, существенно увеличивается максимальный размер тома (до 2 Тбайт). Но в остальном система осталась практически такой же. Однако необходимость работать с огромными по размеру томами и документами прямо указывает на недостатки FAT 32. Итак, рассмотрим их по порядку.

FAT – плюсы:

• Не требуется большое количество оперативной памяти для эффективной работы с ней
• Быстрая работа с малыми и средними каталогами
• Диск совершает в среднем меньшее количество движений головками (в сравнении, например с NTFS)
• Достаточно эффективно работает на медленных дисках. Не требовательна к системам Bus Mastering
• Быстрый доступ к данным на маленьких по объему винчестерах
• Малый размер файла каталога позволяет практически всегда оставлять его не фрагментированным

FAT – минусы:

• Катастрофическая потеря быстродействия с увеличением фрагментации, особенно для больших дисков
• Сложности с произвольным доступом к большим (~10% от объема винчестера и более) файлам
• Очень медленная работа с каталогами, содержащими большое количество файлов
• Одного байта явно недостаточно для хранения атрибутов файла, из-за этого нет возможности хранить данные о правах доступа к файлу, его владельце и т.д.

Вывод напрашивается  сам собой. FAT 32 как система уже  отжила свое. Она показывает себя только на машинах с небольшими дисками  и объемом ОЗУ менее 64 Мбайт. При  лучшей машине гораздо удобней будет  использовать NTFS как с точки зрения быстродействия, так и с точки  зрения надежности. FAT 32 просто-напросто продлила жизнь фаловой системе FAT 16, не более того.

 

17.Организация  файловой системы  NTFS. Физическая структура  NTFS: MFT и его структура,  метафайлы, файлы  и потоки, каталоги, журналирование, сжатие, безопасность.

Как и многие другие системы, NTFS делит дисковое пространство тома на кластеры — блоки данных, адресуемые как единицы данных. NTFS поддерживает размеры кластеров(в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов) от 512 байт до 64 Кбайт; стандартом же считается кластер размером 2 или 4 Кбайт.

Все дисковое пространство в NTFS делится на две неравные части.

Первые 12 % диска отводятся  под так называемую MFT-зону — пространство, которое может занимать, увеличиваясь в размере, главный служебный  метафайл MFT.

Остальные 88 % тома представляют собой обычное пространство для  хранения файлов.

MFT (master file table)

MFT (общая таблица файлов) по сути - это каталог всех остальных файлов диска, в том числе и себя самого. Он предназначен для определения расположения файлов.

MFT состоит  из записей фиксированного размера.  Размер записи MFT (минимум 1 Кб  и максимум 4 Кб) определяется во время форматирования тома.

Каждая запись соответствует какому-либо файлу.  

Первые 16 записей  носят служебный характер и недоступны операционной системе — они называются метафайлами, причем самый первый метафайл — сам MFT.