Теория информационных систем. Страница 22.

Абсолютная загрузка

Первый, самый простой, вариант состоит в том, что мы всегда будем загружать программу с одного и того же адреса. Это возможно в следующих случаях.

Система может предоставить каждому процессу свое адресное пространство. Это возможно только на процессорах, осуществляющих трансляцию виртуального адреса в физический.

Система может исполнять в каждый момент только один процесс. Так ведет себя СР/М, так же устроено большинство загрузочных мониторов для самодельных компьютеров. Похожим образом устроена система RT-11, но о ней чуть ниже.

Загрузочный файл, используемый при таком способе загрузки, называется абсолютным загрузочным модулем.

Начальное содержимое образа процесса формируется путем простого копирования модуля в память. В системе RT-11 такие файлы имеют расширение sav от saved — сохраненный.

Формат загрузочного модуля a.out

"магическое число" — признак того, что это именно загружаемый модуль, а не что-то другое;

число TEXT_SIZE — длину области кода программы (TEXT);

DATA_SIZE —длину области инициализованных данных программы (DATA);

BSS_SIZE —длину области неинициализованных данных программы (BSS);

стартовый адрес программы.

За заголовком следует содержимое областей TEXT и DATA. Затем может следовать отладочная информация. Она нужна символьным отладчикам, но самой программой не используется.

При загрузке система выделяет процессу TEXT_SIZE байтов виртуальной памяти, доступной для чтения/исполнения, и копирует туда содержимое сегмента TEXT. Затем отсчитывается DATA_SIZE байтов памяти, доступной для чтения/ записи, и туда копируется содержимое сегмента DATA. Затем отсчитывается еще BSS_SIZE байтов памяти, доступной для чтения/записи, которые прописываются нулями.

Очистка выделяемой памяти нужна не столько для удобства программиста, сколько по соображениям безопасности: перед вновь загружаемым процессом эту память могли занимать (а при сколько-нибудь длительной работе системы почти наверняка занимали) другие процессы, которые могли использовать эту память для хранения важных и секретных данных, например паролей или ключей шифрования.

После этого выделяется пространство под стек, в стек помещаются позиционные аргументы и среда исполнения (environment), и управление передается на стартовый адрес. Процесс начинает исполняться.

Одним из способов обойти невозможность загружать более одной програм-Mbi при абсолютной загрузке являются разделы памяти. В наше время этот метод практически не применяется, но в машинах второго поколения использовался относительно широко и часто описывается в старой литературе.

Идея метода состоит в том, что мы задаем несколько допустимых стартовых адресов для абсолютной загрузки. Каждый такой адрес определяет раздел памяти (рис. 3.2). Процесс может размещаться в одном разделе, или, если это необходимо — т. е. если образ процесса слишком велик — в нескольких Это позволяет загружать несколько процессов одновременно, сохраняя при этом преимущества абсолютной загрузки

Если мы не знаем, в какой из разделов пользователь вынужден будет загружать нашу программу, мы должны предоставить по отдельному загрузочному модулю на каждый из допустимых разделов. Понятно, что это не очень практично, поэтому разделы были вытеснены более удобными схемами управления памятью.

Относительная загрузка

Относительный способ загрузки состоит в том, что мы загружаем программу каждый раз с нового адреса. При этом мы должны настроить ее на новые адреса, а для этого нам надо вспомнить материал предыдущей главы и понять, что же именно в программе привязано к адресу загрузки.

При использовании в коде программы абсолютной адресации мы должны найти адресные поля всех команд, использующих такую адресацию, и пересчитать эти адресные поля с учетом реального адреса загрузки (рис. 3.3). Если в коде программы применялись косвенно-регистровый, базовый и ба-зово-индексный режимы адресации, следует найти те места, где в регистр загружается значение адреса (рис. 3.4).

Сложность здесь в том, что если абсолютные адресные поля можно найти анализом кодов команд (деассемблированием), то значение в адресный регистр может загружаться задолго до собственно адресации, причем, как мы видели в примерах кода для процессора SPARC, Формирование значения регистра может происходить и по частям. Без помощи программиста или компилятора (в этой главе мы не будем различать написанный на ассемблере или компилированный код, а того, кто генерировал код, будем называть программистом) решить вопрос о том, какая из команд загружает в регистр скалярное значение, а какая -будущий адрес или часть адреса, невозможно. Та же проблема возникает в случае, если мы используем в качестве указателя ячейку статически инициализованных данных (пример 3.3).