 |
Оверлейная структура программы
|
|
|
|
Как мы уже отмечали во вводных лекциях, в ранних ОС, в особенности – для персональных компьютеров, для пользовательского процесса были вынужденно введены очень жесткие ограничения по памяти, - например, в MS DOS – не более 640 килобайт. При таком дефиците основной памяти, если программа оказывается настолько велика, что полностью не помещается в память максимально разрешенного объема, необходимо предпринимать специальные меры при разработке программы, чтобы разбить ее на непересекающиеся группы модулей, такие.что в каждой группе модули логически взаимосвязаны и должны присутствовать в памяти одновременно, модули же разных групп не обязательно должны вместе загружаться в память. Во время исполнения такой программы должен использоваться специальный системный механизм, называемый оверлейная структура (overlay,дословно – наложение), обеспечивающий поочередную загрузку в одну и ту же область памяти то одной, то другой исполняемой группы модулей. Простая программа, которая выполняет эти действия, называется драйвер оверлея (overlay driver). Интегрированная среда разработки Турбо Паскаль обеспечивала специальные опции компилятора, которые позволяли явно указывать модули, входящие в каждый оверлей.
Типичный для ранних компьютеров и ОС пример программы с оверлейной структурой – двухпросмотровый ассемблер. На первом просмотре он преобразует исходный ассемблерный код в промежуточное представление, которое программа второго просмотра ассемблера получает на входе. Полностью весь ассемблер (оба просмотра) в память не помещался, и пришлось применить оверлейную структуру.
Рис. 15.3. Оверлейная структура двухпросмотрового ассемблера.
|
|
|
Ключевые термины
ld (linker and loader) – редактор связей и загрузчик в системе UNIX.
Бинарный образ программы в памяти – файл, содержащий образ программы для ее считывания в память и запуска, формируемый загрузчиком.
Время (фаза) загрузки, или линковка (linking) - фаза вызова редактора связей и загрузчика для получения бинарного образа программы в памяти.
Время (фаза) компиляции – этап обработки программы, на котором исходный код программы компилируется в объектный модуль.
Входная очередь – совокупность процессов на диске, ожидающих размещения в памяти для выполнения своих программ.
Динамическая загрузка - загрузка подпрограммы в память при первом обращении к ней из пользовательской программы.
Динамическая линковка - линковка во время исполнения программы.
Динамически линкуемые библиотеки (dymanically linked libraries) – библиотеки подпрограмм, загружаемые в память во время исполнения, при первом обращении к ним из пользовательской программы.
Драйвер оверлея (overlay driver) – системная программа, выполняющая поочередную загрузку в одну и ту же область памяти то одной,то другой группы модулей из пользовательской программы.
Заглушка для исполнения (execution stub) – фрагмент кода в бинарном коде программы, выполняющий системный вызов модуля ОС, размещающего в памяти код динамически линкуемой библиотечной подпрограммы.
Загрузчик (loader) – системная программа, которая получает на вход загрузочный модуль и файлы с бинарными кодами системных библиотек, используемых программой и, объединяя код программы с кодами системных библиотек, создает бинарный образ программы в памяти.
Исходный код (source code) – код программы (в виде текстового файла) на языке высокого уровня или на языке ассемблера.
Линковка (linking) – то же, что и редактирование связей и загрузка.
Логический адрес - адрес, генерируемый процессором при выполнении машинной команды.
|
|
|
Объектный модуль – файл бинарного кода программы, генерируемый компилятором, содержащий выполняемые машинные команды и таблицу символов.
Оверлейная структура (overlay) – организация программы при недостаточном объеме основной памяти, при которой система выполняет поочередную загрузку в одну и ту же область памяти то одной, то другой исполняемой группы модулей программы.
Перемещаемый код (relocatable code) – код, в котором адресация происходит относительно значения регистра перемещения,и адрес в памяти равен сумме значения регистра перемещения и адреса, вычисляемого в команде.
Регистр перемещения (relocation register) – регистр, содержащий начальный адрес области памяти, отведенной операционной системой для загруженной в память программы.
Редактирование связей (linking) – этап обработки программы, на котором редактор связей формирует из объектных модулей загрузочный модуль,разрешая все межмодульные ссылки.
Редактор связей (linkage editor) – систeмная программа, формирующая из объектных модулей загрузочный модуль,разрешая все межмодульные ссылки.
Редактор связей и загрузчик (linker and loader) - системная программа, в которой объединены функции редактора связей и загрузчика.
Связывание адресов во время загрузки (load-time) – схема адресации, при которой генерируемый код адресует данные и программу относительно регистра перемещения, значение которого определяется при загрузке программы.
Связывание адресов во время исполнения (runtime),или динамическое (позднее) связывание – гибкая схема адресации, при которой абсолютный адрес программы или данных определяется только во время выполнения программы; для реализации используется аппаратная поддержка отображения адресов – например, регистры базы и границы.
Связывание адресов во время компиляции (compile-time) - если адреса программы и данных в памяти априорно известны, генерация компилятором кода с абсолютными адресами.
Cтатически линкуемая библиотека – библиотека подпрограмм, код которой объединяется с кодом использующих ее объектных модулей в загрузочный модуль на этапе редактирования связей и загрузки.
Таблица символов – таблица в объектном модуле или загрузочном модуле, содержащая символы (переменных, процедур и др.), определенные или используемые в данном модуле кода.
|
|
|
Устройство управления памятью (Memory Management Unit – MMU) – модуль аппаратуры, выполняющий адресацию памяти и связанный с процессором и другими устройствами системной шиной; преобразует логические адреса в физические адреса.
Физический адрес – реальный адрес в памяти, который "видит" и "понимает" устройство управления памятью.
Вопросы
1. В чем заключается задача управления памятью?
2. Что такое входная очередь заданий?
3. Что такое связывание адресов и на каких этапах обработки программы оно может выполняться?
4. Какие этапы обработки проходит программа на пути от исходного кода к двоичному образу в памяти?
5. Что такое компиляция?
6. Что такое редактирование связей?
7. Что такое загрузка?
8. Что такое линковка?
9. Что такое объектный модуль?
10. Что такое таблица символов?
11. Что такое загрузочный модуль?
12. Что такое библиотека?
13. Что такое бинарный образ программы в памяти?
14. Что такое редактор связей?
15. Что такое загрузчик?
16. Что такое ассемблер?
17. Что такое логический адрес и какой компонентой системы он генерируется?
18. Что такое физический адрес и какой компонентой системы он генерируется?
19. Что такое устройство управления памятью?
20. Что такое регистр перемещения?
21. Что такое перемещаемый код?
22. Что такое динамическая загрузка?
23. Что такое динамическая линковка?
24. Что такое статически линкуемая библиотека?
25. Что такое динамически линкуемая библиотека?
26. Что такое оверлейная структура программы?
27. Что такое драйвер оверлея?
Упражнения
1. Проанализируйте структуру бинарного кода для используемого Вами компьютера и классифицируйте используемую схему адресации (связывание во время компиляции, во время загрузки или во время выполнения).
2. Разработайте и выполните в системах UNIX (Linux) и Windows последовательность команд, реализующую на командном языке последовательность фаз обработки программы от исходного кода до двоичного образа исполняемого кода в памяти.
|
|
|
3. Используйте статически и динамически линкуемые библиотеки в коде Вашей программы и проанализируйте ассемблерный (бинарный) код обращения к ним в коде Вашей программы.
4. Организуйте с помощью используемой вами системы программирования и интегрированной среды программу с оверлейной структурой.
|
|
|
