Отображаемые на память файлы.

Отображение файла в виртуальное адресное пространство процесса применяется для упрощения программирования. Такое отображение позволяет работать с данными файла с помощью адресных указателей как с обычными переменными программы, не используя read, write и lseek. При отображении файлов в память широко используются механизмы подсистемы виртуальной памяти. Она связывает некоторый сегмент виртуального адресного пространства процесса с некоторым файлом или частью файла. Так, кодовый сегмент и сегмент инициализированных данных всегда связаны с файлом, в котором находится исполняемый модуль приложения. Сегменты стека и неинициализированных данных связаны с выделенными им областями системного страничного файла. При обращении кода приложения к некоторой переменной сегмента данных подсистема виртуальной памяти читает с диска данные из блоков, соответствующих странице виртуального адресного пространства с этой переменной, и переносит данные в оперативную память, если на момент обращения эта страница там отсутствовала. В сущности, подсистема виртуальной памяти выполняет обмен данными с файлом по запросу, только этот запрос формулируется косвенно, а не путем явного описания области файла, с которой нужно выполнить обмен данными. Этот механизм использует возможности системы виртуальной памяти для файлов, содержащих произвольные данные (а не только данные исполняемого модуля программы). Отображение данных файла в память осуществляется с помощью системного вызова, который указывает, какую часть какого файла нужно отобразить в память, а также задает виртуальный адрес, с которого должен начинаться новый сегмент виртуальной памяти процесса. Подсистема управления виртуальной памятью создает по этому системному вызову новый сегмент процесса, в дескриптор которого помещает указатель на открытый отображаемый файл. При первом же обращении приложения по виртуальному адресу, принадлежащему новому сегменту, происходит страничный отказ, при обработке которого из отображаемого файла читается несколько блоков и данные из них помещаются в физическую страницу. В UNIX SystemV Release 4 отображение файла в память выполняется с помощью системного вызова mmар. Этот вызов имеет следующие аргументы:

- addr — виртуальный адрес начала сегмента, если он задается нулевым, то система сама выбирает подходящий адрес и возвращает его в качестве значения функции mmap;

- len — размер сегмента;

- prot — атрибуты защиты сегмента: только чтение, только запись и т. п.;

- flags — флаги, определяющие режим использования сегмента: разделяемый (shared) или закрытый (private);

- fd — дескриптор открытого файла, данные которого отображаются;

- offset — смещение в файле, с которого начинаются отображаемые данные.

В некоторых ОС, например в версиях UNIX, основанных на коде SVR4, можно отобразить в память не только обычные файлы, но и некоторые другие типы файлов, например специальные файлы. Отображение в память блок-ориентированного специального файла, то есть раздела или части раздела диска, дает простой доступ к любой области диска, рассматриваемого как последовательность байт. При отображении байт-ориентированных устройств в оперативную память отображается внутренняя память контроллера устройства, например память сетевого адаптера Ethernet. В общем случае не все типы файлов можно отобразить в память, например в UNIX SVR4 нельзя отображать каталоги и символьные связи. Отображение файла эффективней непосредственного использования файловых операций в нескольких отношениях:

- Исключаются операции копирования данных из системной памяти в пользовательскую. При выполнении файловых операций read и write данные сначала попадают в системный буфер, а затем копируются в пользовательскую память, а при отображении они сразу копируются в страницы пользовательской памяти.

- Программист применяет более удобный интерфейс, использующий адресные указатели.

- Уменьшается количество системных вызовов: при использовании файловых операций каждая операция обмена с файлом связана с выполнением системного вызова, а при отображении выполняется один системный вызов для всех последующих операций доступа к данным файла.

- Обеспечивается возможность обмена данными между процессами с помощью разделяемых сегментов памяти, соответствующих одному отображенному файлу, вместо многочисленных операций обмена данными между диском и памятью.

К недостаткам техники отображения файлов в память можно отнести то, что размер отображенного файла нельзя увеличить, в то время как файловые операции допускают это путем записи данных в конец файла. Механизм отображения файлов в память используется большинством современных операционных систем.

41 Отказоустойчивость файловых и дисковых систем. (Столлингс) Программный RAID, аппаратный RAID и "BIOS RAID".

Дисковые подсистемы RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks) – пример реализации принципа избыточности. Для хранения данных в RAID-массивах используется несколько дисков, даже в тех случаях, когда для таких данных хватило бы места на одном диске. Организация совместной работы нескольких централизованно управляемых дисков имеет множество плюсов. RAID-массив может быть создан на базе нескольких обычных дисковых устройств, управляемых обычными контроллерами, в этом случае для организации управления всей совокупностью дисков в операционной системе должен быть установлен специальный драйвер. Существуют также различные модели дисковых систем, в которых технология RAID реализуется полностью аппаратными средствами, в этом случае массив дисков управляется общим специальным контроллером.

Дисковый массив RAID представляется для пользователей и прикладных программ единым логическим диском. Такое логическое устройство может обладать различными качествами в зависимости от стратегии, заложенной в алгоритмы работы средств централизованного управления и размещения информации на всей совокупности дисков. Это логическое устройство может, например, обладать повышенной отказоустойчивостью или иметь производительность, значительно большую, чем у отдельно взятого диска, либо обладать обоими этими свойствами. Различают несколько вариантов RAID-массивов, называемых также уровнями: RAID-0, RAID-1, RAID-2, RAID-3, RAID-4, RAID-5 и некоторые другие. При оценке эффективности RAID-массивов чаще всего используются следующие критерии:

- степень избыточности хранимой информации (или тесно связанная с этим критерием стоимость хранения единицы информации);

- производительность операций чтения и записи;

- степень отказоустойчивости.