Контрольные вопросы
Перечислите задачи, решаемые ОС, по управлению файлами и устройствами.
Приведите уровни модели подсистемы ввода-вывода.
Какого назначение буферизации при выполнении операций обмена?
Какого назначение механизма кэширования данных?
В чем отличие в механизмах прямого доступа к внешней памяти магнитного диска и произвольного доступа к оперативной памяти?
Какие составляющие включает организация файловой системы на логическом уровне?
Опишите организацию физического уровня файловой системы с использованием FAT.
Перечислите операции с файлами, доступные пользователям. В чем назначение операций открытия и закрытия файлов?
Рис. 39. Связь процесса с открытыми файлами
Приложение 1. Кэширование данных Назначение кэш-памяти
Совершенствование основных устройств ЭВМ - процессора и оперативной памяти, происходило параллельно, но при этом решались разные задачи - ускорение работы процессора и увеличение емкости оперативной памяти. Ясно, что скорость выполнения команд процессором всегда выше, чем скорость выборки команд (и данных) из памяти, что существенно уменьшает производительность процессора. Однако со временем этот разрыв стал угрожающим - после выдачи процессором запроса памяти проходило много циклов, прежде чем он получал требуемое слово. Частично проблему снимает локальная (регистровая) память самого процессора, однако она, во-первых, в универсальных ЭВМ имеет очень ограниченный размер, а во-вторых, предназначена только для хранения данных (операндов команд). Вопрос о времени выборки команд из оперативной памяти оставался актуальным.
Идея кэш-памяти (cache – «скрытой» памяти) состоит в использовании промежуточной (буферной) быстродействующей памяти небольшого объема, помещенной между процессором и оперативной памятью, для размещения слов из оперативной памяти, к которым чаще всего производится обращение.
Таким образом, если процессору необходимо слово из оперативной памяти, сначала производится поиск искомого слова в кэш-памяти, и только в случае, если его там нет, происходит обращение к оперативной памяти.
Замечание. Концепция кэш-памяти применима и к внешней памяти на дисках. Принцип кэширования дисков во многом схож с принципом кэширования оперативной памяти, однако в роли кэш-памяти в этом случае выступает дополнительная память на таких же элементах, что и оперативная память, либо буферная область самой оперативной памяти.
Итак, кэш-память (или просто кэш) - это способ совместного функционирования двух типов запоминающих устройств, отличающихся временем доступа и стоимостью хранения данных, который за счет динамического копирования в «быстрое» запоминающее устройство (ЗУ) наиболее часто используемой информации из «медленного» ЗУ позволяет уменьшить среднее время доступа к данным.
Неотъемлемым свойством кэш-памяти является ее прозрачность для программ и пользователей. Система не требует никакой внешней информации об интенсивности использования данных; ни пользователи, ни программы не принимают никакого участия в перемещении данных из ЗУ одного типа в ЗУ другого типа, все это делается автоматически системными средствами.
Замечание. Кэш-памятью часто называют не только способ организации работы двух типов запоминающих устройств, но и одно из устройств — «быстрое» ЗУ. Оно стоит дороже и, как правило, имеет сравнительно небольшой объем. «Медленное» ЗУ далее будем называть основной памятью, противопоставляя ей вспомогательную кэш-память.
Виртуальную память также можно считать одним из вариантов реализации принципа кэширования данных, при котором оперативная память выступает в роли КЭШа по отношению к внешней памяти — жесткому диску. Правда, в этом случае кэширование используется не для того, чтобы уменьшить время доступа к данным, а для того, чтобы заставить диск частично подменить оперативную память за счет перемещения временно неиспользуемого кода и данных на диск с целью освобождения места для активных процессов. В результате наиболее интенсивно используемые данные оседают в оперативной памяти, остальная же информация хранится в более объемной и менее дорогостоящей внешней памяти.