Учебное пособие: Операционные системы "тонких" клиентов

Спящий режим. PDA выглядит выключенным: дисплей пуст, процессор неактивен, а главные часы остановлены. Активны только часы реального времени и генератор прерываний. PalmOS включает этот режим, когда нет активных действий пользователя в течение некоторого интервала времени или когда пользователь нажимает кнопку выключения. Вход из спящего режима происходит по прерыванию, например, если пользователь нажал на любую кнопку или сработали часы реального времени по заданной программе. Когда система получает одно из этих прерываний в спящем режиме, она переходит в рабочий режим.

Управление памятью и данными

Память является одним из наиболее критических ресурсов PDA, и в то же время - наиболее быстро наращиваемым. За время существования PDA Palm и PalmOS доступные объемы памяти в устройстве возросли от 512 Кбайт до 8 Мбайт. Память в устройстве Palm есть оперативная (RAM) и постоянная (ROM). Вся память расположена на карте памяти, на карте может размещаться как ROM, так и RAM-память или обе вместе. Содержимое обоих видов памяти сохраняется даже при "выключении" PDA (переводе его в спящий режим). Архитектура памяти Palm 32-битная. Каждой карте памяти отводится адресное пространство 256 Мбайт. ROM и RAM-память карты разбита на "кучи", размер каждой кучи - не менее 64 Кбайт. Деление памяти на кучи - условное, оно производится ОС и никак не отражается на аппаратной архитектуре памяти. В каждой куче содержится либо ROM, либо RAM-память, но не обе вместе. В RAM-памяти на внутренней карте памяти PDA реализована "динамическая куча". Фактически, это и есть оперативная память. В этой куче ОС размещает динамические данные: глобальные переменные, динамические системные области памяти, стек, кучу приложения и сами коды приложений, загружаемых из дополнительных карт. Размер динамической кучи зависит от объема памяти на внутренней карте PDA и от предустановленного программного обеспечения. Каждая куча имеет свой номер-идентификатор. Динамическая куча имеет номер 0. Эта куча инициализируется автоматически всякий раз при рестарте системы. Все другие кучи инициализируются собственными циклами переустановки.

Память распределяется порциями (chunk) переменной длины. Порция располагается в одной куче, выравнивается по границе 2-байтного слова и занимает непрерывную область памяти - от 1 байта до 64 Кбайт. Порции в RAM-памяти бывают динамическими или хранимыми, перемещаемыми или неперемещаемыми. Порции в ROM-памяти бывают только неперемещаемыми и хранимыми.

Управление памятью (прежде всего - динамической, перемещаемой памятью) ведется Менеджером Памяти ОС. Управление хранимой памятью ведется надстройкой над Менеджером Памяти, называемой Менеджером Данных.

Когда Менеджер Памяти выделяет неперемещаемую порцию, он возвращает указатель на нее. Этот указатель сохраняет свое начальное значение все время существования порции. Когда Менеджер Памяти выделяет перемещаемую порцию, он возвращает ее манипулятор (handle). Манипулятор является номером элемента в Главной таблице указателей. Главная таблица указателей содержит указатели на порции. Поскольку обращения к перемещаемым порциям происходит через манипуляторы, ОС имеет возможность переместить порцию в памяти и изменить указатель на нее в Главной таблице, манипулятор же порции, которым оперирует приложение, не изменяется. Перемещение, однако, возможно только в те моменты, когда это "позволяет" приложение. Поскольку в системе не предусматривается аппаратное преобразование виртуальных адресов в реальные, для того, чтобы работать с данными памяти, приложение должно иметь указатель на данные. Системный вызов MemHandeLock фиксирует порцию в памяти, то есть запрещает ее перемещение. Этот вызов возвращает указатель на начало порции, через который приложение осуществляет доступ к данным порции. После окончания работы с данными приложение должно снять фиксацию с порции. ОС применяет перемещение порций для борьбы с фрагментацией памяти (внешними дырами). Процедура сжатия памяти вызывается всякий раз при нехватке памяти. Естественно, что чем больше порций будет зафиксировано в памяти, тем менее эффективна будет такая процедура. Поэтому эффективность управления памятью в значительной степени зависит от "грамотного" поведения приложения. В целях снижения фрагментации ОС выделяет память для перемещаемых порций в начале кучи, а для неперемещаемых - в конце кучи.

Каждая порция памяти имеет свой локальный (в пределах данной карты памяти) идентификатор. Для неперемещаемой порции этот идентификатор - ее смещение относительно начала карты, для перемещаемой - смещение относительно начала карты соответствующего ей элемента Главной таблицы указателей. Таким образом, обработка данных не зависит от того, в какой слот будет вставляться карта. Специальный системный вызов превращает номер слота и локальный идентификатор порции в указатель или манипулятор.

Каждая куча начинается с заголовка кучи, который содержит размер кучи и информацию о ее состоянии. Главная таблица указателей располагается сразу вслед за заголовком. Если размера таблицы недостаточно, выделяется память для ее расширения. Последнее поле таблицы содержит указатель на расширение. Таким образом может быть выделено сколько угодно расширений, и они связываются в однонаправленный линейный список. Расширения Главной таблицы указателей размещаются в конце кучи. Память, выделяемая для перемещаемых порций, находится сразу за Главной таблицей.

Заголовок кучи не подлежит изменению, поэтому куча может располагаться в ROM-памяти. Поскольку порции в ROM-памяти не могут быть перемещаемыми, Главная таблица кучи в ROM-памяти содержит 0 элементов.

Каждой порции памяти предшествует 8-байтный заголовок, в котором содержится признак свободной/занятой порции, размер порции, счетчик фиксаций и обратная ссылка на Главную таблицу указателей. Свободные участки памяти также имеют формат порций, таким образом, ОС может отследить все распределение памяти, начиная от первой порции и прибавляя к ее адресу размер. Каждая порция может быть зафиксирована в памяти до 16 раз, каждая новая фиксация просто прибавляет единицу к счетчику фиксаций, а снятие фиксации - вычитает единицу. Порция становится перемещаемой только, когда ее счетчик фиксаций обнулится. Для порций хранимой памяти счетчик фиксаций сразу устанавливается в максимальное значение и не уменьшается при попытках снять фиксацию.

Хранимые области памяти в Palm играют ту же роль, что файлы на внешней памяти в других вычислительных системах. Однако в отличие от "традиционных" вычислительных систем, в которых данные для обработки перемещаются в буфер в оперативной памяти, в PalmOS хранимые данные обрабатываются на месте, прямо в постоянной памяти. Работа с хранимыми данными обеспечивается Менеджером Данных, представляющим собой надстройку над Менеджером Памяти.

Данные хранятся в памяти в виде записей. Каждая запись представляет собой порцию памяти. Для выделения, освобождения, изменения размера записи Менеджер Данных обращается к Менеджеру Памяти. Логически связанные записи объединяются в базу данных, база данных является аналогом файла как именованная совокупность данных. Записи базы данных не обязательно располагаются в смежных порциях памяти, они могут быть даже рассредоточены по разным кучам в пределах одной карты памяти.

Каждая база данных имеет заголовок, в котором записано имя базы данных, количество записей в ней и другая управляющая информация. В заголовке же находится и план размещения базы данных, представляющий собой массив дескрипторов записей, входящих в базу. Если весь массив не помещается в заголовке, то последний его элемент содержит указатель (локальный идентификатор) продолжения списка. Каждый дескриптор записи представляет собой 4-байтную структуру, в первом байте которой находятся атрибуты записи (признаки: защиты, удаления, изменения, занятости), а в оставшихся трех - локальный идентификатор - адрес записи.

API Менеджера Данных представляет собой как бы "гибрид" традиционного файлового API и API памяти. Для того, чтобы работать с базой данных, приложение должно сначала ее "найти" - по символьному имени базы данных определить ее идентификатор (локальный идентификатор заголовка базы данных). Это обеспечивается специальным системным вызовом DmFindDatabase(). Затем база данных открывается, при этом в динамической куче создается для нее структура данных - аналог дескриптора открытого файла. С открытой базой данных приложение может работать. Основной системный вызов доступа к данным - DmGetRecord() - возвращает указатель на данные записи с заданным номером, выборка и изменение данных записи производится через этот указатель.

Особый вид базы данных называется ресурсом. Ресурсы служат для хранения специальных данных - программных кодов, изображений, интерфейсных элементов и т.д. Структура ресурса отличается от структуры обычной базы данных только тем, что дескриптор записи ресурса имеет размер 10 байтов, два дополнительных байта описывают свойства ресурса. Еще одна надстройка над Менеджером данных - Менеджер Ресурсов - обеспечивает работу с этой дополнительной информацией. API Менеджера Ресурсов функционально аналогичен API Менеджера Данных.

Кроме того, PalmOS обеспечивает интерфейс файлового потока. При использовании этого API хранимые данные представляются в виде потока байтов, не разделенного на записи. Ограничение 64 Кбайт на размер порции отсутствует. Системные вызовы этого интерфейса (FileOpen(), FileClose(), FileRead(), FileWrite(), etc.) аналогичны функциям стандартной библиотеки языка C. Файловый поток является только интерфейсной надстройкой, с одними и теми же данными можно работать и как с файловым потоком, и как с базой данных.

Расширения и файловая система

Начиная с версии 4.0, PalmOS содержит единообразную поддержку новых карт, которые могут расширять возможности PDA. В предыдущих версиях карты, вставляемые в слоты расширения, должны были обязательно соответствовать спецификациям памяти Palm и рассматривались OS как дополнительная память. В слоты расширения могут вставляться:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27