Оперативная память для MS-DOS

Для операционных систем реального режима (MS-DOS) оперативная память может размещаться в стандартной области (640 Кбайт), дополнительной памя­ти и в некоторых областях UMA.

Стандартная память является самой дефицитной в PC, на ее небольшой объ­ем (типовое значение — 640 Кбайт) претендуют и BIOS, и ОС реального режи­ма, а остатки отдаются прикладному ПО. Стандартная память распределяется следующим образом:

♦ 00000h-003FFh — векторы прерываний (interrupt vectors), всего 256 двой­
ных слов;

♦ 00400h-004FFh - область переменных BIOS (BIOS data area);

♦ 00500h-00xxxh - область DOS (DOS area);

♦ 00xxxh-9FFFFh — память, предоставляемая пользователю (user RAM), все­
го до 638 Кбайт (для PS/2 Mouse область 9FC00h-9FFFFh используется как
расширение области переменных BIOS, поэтому размер пользовательской
памяти меньше).

Дополнительная память и UMA могут использоваться в качестве оперативной только со специальными программными интерфейсами, для которых были раз­работаны спецификации EMS и XMS.

Спецификация на отображаемую память (Expanded Memory Specification, EMS) — это программная спецификация на использование дополнительной па­мяти DOS-программами реального режима. Спецификация ЫМ EMS — согла­шение фирм Lotus, Intel, Microsoft на применение EMS. С помощью специаль­ных аппаратных или программных средств любая область дополнительной памяти может быть отображена на небольшие страницы, расположенные в об­ласти UMA. В первоначальном варианте можно было задействовать 4 страницы по 16 Кбайт, примыкающие друг к другу, обычно начиная с адреса DOOOOh (по­ложение страниц можно менять в пределах свободных областей UMA). Обра­щение прикладных программ к памяти EMS осуществляется через диспетчер памяти, вызываемый по прерыванию Int 67h. Программа, нуждающаяся в до­полнительной памяти, должна сначала запросить выделение области, указав ее размер в 16-килобайтных страницах. В ответ на этот запрос (если имеется сво­бодная память) диспетчер сообщает программе номер дескриптора EMS (EMS handler), по которому программа в дальнейшем будет ссылаться на выделенную ей область при управлении отображением. Далее программа через диспетчер назначает отображение требуемой логической страницы из выделенной ей об­ласти дополнительной памяти на выбранную физическую страницу, располо­женную в области UMА. После этого любые программные обращения процес­сора к физической странице, расположенной в пределах первого мегабайта, будут в действительности работать с логической страницей дополнительной памяти, расположенной выше первого мегабайта, причем без переключения в защищенный режим. Для работы с иной логической страницей требуется вы­зов диспетчера для переназначения отображения. В режиме EMS 4.0, эмулируе­мом на процессорах 386+, появилась возможность увеличения числа доступных физических страниц и отображения дополнительной памяти не только на фик­сированные области UMА, но и на любые области памяти.

Для поддержки EMS поначалу требовались специальные аппаратные средства. В компьютерах на процессорах 386 и выше появилась возможность программ­ной эмуляции EMS, которую в MS-DOS 5+ выполняет драйвер EMM386.EXE.

Система EMS в основном предназначена для хранения данных — для исполняе­мого в данный момент программного кода она неудобна, поскольку требует программного переключения страниц через каждые 16 Кбайт. Ее используют для создания виртуальных дисков, хранения очередей заданий для печати, а также для хранения данных и даже программного кода некоторых резидент­ных программ (в целях экономии стандартной памяти).

Спецификация на расширенную память (extended Memory Specification, XMS) — это иная программная спецификация на использование дополнительной памя­ти DOS-программами, разработанная компаниями Lotus, Intel, Microsoft и AST для компьютеров на процессорах класса 286 и выше. Эта спецификация позво­ляет программе получить в распоряжение одну или несколько областей допол­нительной памяти, а также задействовать область НМА. Распределением об­ластей ведает диспетчер расширенной памяти — драйвер HIMEM.SYS. Диспетчер позволяет захватить или освободить область НМА (65 520 байт, начиная с lOOOOOh), а также управлять вентилем линии адреса А20. Функции собствен­но XMS позволяют программе:

♦ определить размер максимально доступного блока памяти;

♦ захватить или освободить блок памяти;

♦ копировать данные из одного блока в другой, причем участники копирова­
ния могут быть блоками как стандартной, так и дополнительной памяти
в любых сочетаниях;

♦ заблокировать блок памяти (запретить копирование) и разблокировать его;

♦ изменить размер выделенного блока.

В ответ на запрос выделения области диспетчер выдает 16-битный номер де­скриптора блока (XMS handler), по которому выполняются дальнейшие мани­пуляции с этим блоком. Размер блока может достигать 64 Мбайт. Специфика­ция XMS позволяет программам реального режима устраивать «склады» дан­ных в дополнительной памяти, которая им непосредственно недоступна, копируя в нее и из нее данные доступных областей первого мегабайта памяти. Доступ к диспетчеру XMS осуществляется через прерывание 2Fh. Заботу о пе­реключении в защищенный режим и обратно для получения доступа к допол­нительной памяти берет на себя диспетчер. По умолчанию HIMEM.SYS позволяет использовать до 32 дескрипторов блоков, но это число можно увеличить, задав параметр /NUMHANDLES=xx в строке загрузки драйвера HIMEM.SYS.

Помимо дополнительной памяти спецификация XMS определяет пару функ­ций и для работы с блоками UMB — захватить блок требуемого размера (или определить максимально доступный блок) и освободить его.

Как видно, спецификации EMS и XMS различаются по принципу действия: в режиме EMS для доступа к дополнительной памяти выполняется отображе­ние (страничная переадресация) памяти, а в режиме XMS — копирование бло­ков данных. На компьютерах с процессорами 386+ эти спецификации мирно сосуществуют при запуске драйвера HIMEM.SYS, поверх которого может быть за­гружен драйвер EMM386.EXE, пользующийся памятью XMS для эмуляции памя­ти EMS. Память, доступная EMS и XMS, может выделяться динамически из числа дополнительной. Ключ NOEMS в строке запуска EMM386 запрещает выде­ление памяти для режима EMS.

Виртуальная память

Для ОС защищенного режима (в том числе Windows) доступна вся оперативная па­мять, причем без каких-либо ухищрений вроде описанных режимов EMS и XMS. Более того, объем памяти, доступной приложениям, благодаря механизму вирту­альной памяти может быть больше размера физической оперативной памяти.

Виртуальная память (virtual memory) представляет собой программно-аппарат­ное средство расширения пространства памяти, предоставляемой программе в качестве оперативной. Как уже было сказано в главе 1, эта память физически реализуется в оперативной и дисковой памяти под управлением соответствую­щей операционной системы. Виртуальное пространство памяти разбито на страницы фиксированного размера, а в физической оперативной памяти в каж­дый момент времени присутствует только часть из них. Остальные страницы хранятся на диске, откуда операционная система может «подкачать» их в физи­ческую память, предварительно выгрузив на диск часть не используемых в дан­ный момент модифицированных страниц. Обращение процессора к ячейке вир­туальной памяти, присутствующей в физической памяти, происходит обычным способом. Если же затребованная область в данный момент не отображена в физической памяти, процессор вырабатывает исключение (внутреннее преры­вание), по которому операционная система программно организует замещение страниц, называемое свопингом (swapping). Виртуальную память поддержива­ют процессоры, работающие в защищенном режиме, начиная с 80286, но реаль­но ее широко стали применять только в операционных системах и оболочках для 32-разрядных процессоров (80386+)- Виртуальная память используется лишь при наличии дополнительной памяти.

Суммарный объем виртуальной памяти, доступной всем приложениям, опреде­ляется объемом ОЗУ и файлов подкачки (их может быть и несколько). Объем файла подкачки может быть постоянным или же изменяться динамически по мере изменения потребностей системы. Для того чтобы приложениям хватало памяти, на диске, несущем динамический файл подкачки, должно быть доста­точно свободного пространства (десятки и сотни мегабайт). В принципе, файл подкачки может располагаться и на сетевом диске, но при этом трафик сети оказывается напряженным. Конечно же, важен и объем установленной физиче­ской памяти — ее нехватка может быть принципиальным ограничением на за­пуск ряда приложений или установку операционных систем. При малом объеме ОЗУ свопинг (подкачка страниц) оказывается слишком интенсивным, в ре­зультате чего скорость работы приложений существенно снижается (обраще­ния к диску выполняются на несколько порядков медленнее, чем к ОЗУ). При­ложения реального времени (например, аудио- и видеопроигрыватели и тем более кодеры) могут стать неработоспособными именно из-за малого объема ОЗУ. Поскольку файл подкачки изменяет свой размер в процессе работы, важ­но следить за фрагментацией диска, несущего этот файл, — обращение к фраг-ментированному файлу выполняется медленнее, чем к нефрагментированному.

При выборе диска для размещения файла подкачки следует учитывать его быстро­действие — время доступа и скорость передачи данных. При использовании при­ложений реального времени, интенсивно обменивающихся с дисками (те же про­игрыватели и кодеры, а также программы, записывающие компакт-диски), файл подкачки и данные, с которыми работают эти приложения, по возможности следует размещать на разных дисках.

ВНИМАНИЕ ------------------------------------------------------------------------------------------------------

Если на компьютере под управлением ОС защищенного режима (Windows, Unix, OS/2...) перестают запускаться приложения с сообщениями о недостаточном объ­еме оперативной памяти — проверьте, есть ли свободное место на жестких дис­ках, используемых для подкачки.

Увеличение физического объема оперативной памяти в ряде случаев может привести к неожиданному снижению производительности компьютера. Это воз­можно, когда системная плата (или процессор с вторичным кэшем) не способна кэшировать весь объем ОЗУ. У многих системных плат для процессоров Pentium кэшировались только первые 64 Мбайт ОЗУ; у первых процессоров Pentium II кэшировались только 512 Мбайт. Память, выходящая за размеры кэ-шируемой области, конечно же, доступна, но ее производительность гораздо ниже производительности кэшируемой. ОС Windows 9x распределяет доступ­ную память, начиная с ее верхней границы, причем наверх попадает ее ядро, скорость работы которого существенна для многих приложений. Если после увеличения ОЗУ ядро попадает в некэшируемую область, можно наблюдать снижение производительности. Для «лечения этого недуга» можно воспользо­ваться условно бесплатной программой W2CACHE.COM, которая запускается в начале загрузки Windows и, оставаясь резидентной, «съедает» верхнюю часть памяти, заставляя ядро Windows загружаться в нижнюю, кэшируемую область. После окончания загрузки Windows программа освобождает занимаемую па­мять, и ОС отдает ее в распоряжение приложений.

Вопросы организации виртуальной памяти в основном относятся к области системного программного обеспечения (ядра операционной системы). Аппарат­ные механизмы, обеспечивающие поддержку виртуальной памяти процессором, рассмотрены в главе 7. Здесь отметим, что использование виртуальной памяти с подкачкой страниц порождает проблему согласованного видения памяти раз­нообразными активными компонентами ПК: процессором, графическим аксе­лератором и контроллерами ввода-вывода (адаптерами локальных сетей, кон­троллерами устройств хранения, шин USB и FireWire). Суть проблемы в том, что программа (и программист) оперируют виртуальными адресами, а устрой­ства на системной шине оперируют физическими адресами. Что из этого следу­ет, подробнее рассматривается в 5.1.

Поиск по сайту: