Учебное пособие: Операционные системы "тонких" клиентов

события - события могут образовывать группы до 16 событий, и ожидаться может любая заданная конфигурация совершенности событий в группе;

семафоры - традиционные общие семафоры, используемые как счетчики ресурсов;

очереди сообщений - "почтовые ящики" (одна очередь) и "коммуникационные каналы" (4 очереди с разными приоритетами).

Также микроядро обеспечивает ряд сервисных функций, таких как выделение/освобождение памяти, работу с пулом буферов и работу со связными списками.

Микроядро написано на языке C и, следовательно, может быть реализовано для любой аппаратной платформы. Средства конфигурирования позволяют включать в микроядро только те функции, которые необходимы заказчику.

Микроядро само по себе обеспечивает вытесняющую многозадачность. Но по условиям лицензионного соглашения на использование микроядра API микроядра является закрытым, и разработчики не могут создавать программы, напрямую использующие функции микроядра, в том числе и многозадачность. Поэтому приложения PalmOS - однозадачные. В PalmOS в каждый момент времени может выполняться только одно приложение, имеющее доступ к пользовательскому интерфейсу, это приложение - главное, приоритетное. Параллельно с ним может быть запущено фоновое (не имеющее доступа к интерфейсу) приложение, которое получает процессорное время только, когда главное приложение бездействует. Поскольку главное приложение работает во взаимодействии с пользователем, фоновое приложение занимает почти все процессорное время, но оно немедленно прерывается, при появлении событий, требующих активизации главного приложения.

Обработка событий

Интерфейсные приложения PalmOS управляются событиями. Такое приложение представляет собой единственный цикл, каждая итерация которого начинается с получения очередного события. Системный вызов EvtGetEvent обеспечивает ожидание и прием события. Полученное событие передается ряду обработчиков в такой последовательности:

обработчик системных событий;

обработчик событий меню;

обработчик событий приложения;

обработчик диспетчеризации экранных форм;

обработчик экранных форм.

Если вызванный обработчик распознает событие как подлежащее его обработке, он эту обработку выполняет. В процессе этой обработки он может генерировать и направлять в очередь другие события. Если обработчик выполнил полную обработку события, то он возвращает true, и тогда приложение прерывает цепочку вызовов обработчиков. Алгоритм функционирования приложения, таким образом, выглядит примерно так, как показано на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 Обработка событий в приложении PalmOS

Управление энергопотреблением

PDA Palm являются рекордсменами среди устройств такого типа по низкому энергопотреблению, что обеспечивается. аппаратными средствами совместно с ОС. Это достигается наличием в PDA нескольких режимов энергопотребления и их управлением со стороны ОС. Режимы эти следующие:

Рабочий режим. В рабочем режиме процессор выполняет инструкции. Процессор и вся аппаратура ввода-вывода потребляют энергию в полном объеме. Типичное приложение, переводящее систему в рабочий режим, использует около 5% процессорного времени.

Ждущий режим. PDA выглядит включенным, процессорные часы активны, но инструкции не выполняютcя. Процессор работает на пониженном энергопотреблении. Когда процессор получает прерывание, он переходит из ждущего режима в рабочий. Также переключение происходит, когда пользователь начинает вводить информацию световым пером. PalmOS программно переводит устройство в ждущий режим в системном вызове EvtGetEvent, если очередь событий пуста. Поступление нового события начнется с прерывания, которое вернет PDA в рабочий режим.

Спящий режим. PDA выглядит выключенным: дисплей пуст, процессор неактивен, а главные часы остановлены. Активны только часы реального времени и генератор прерываний. PalmOS включает этот режим, когда нет активных действий пользователя в течение некоторого интервала времени или когда пользователь нажимает кнопку выключения. Вход из спящего режима происходит по прерыванию, например, если пользователь нажал на любую кнопку или сработали часы реального времени по заданной программе. Когда система получает одно из этих прерываний в спящем режиме, она переходит в рабочий режим.

Управление памятью и данными

Память является одним из наиболее критических ресурсов PDA, и в то же время - наиболее быстро наращиваемым. За время существования PDA Palm и PalmOS доступные объемы памяти в устройстве возросли от 512 Кбайт до 8 Мбайт. Память в устройстве Palm есть оперативная (RAM) и постоянная (ROM). Вся память расположена на карте памяти, на карте может размещаться как ROM, так и RAM-память или обе вместе. Содержимое обоих видов памяти сохраняется даже при "выключении" PDA (переводе его в спящий режим). Архитектура памяти Palm 32-битная. Каждой карте памяти отводится адресное пространство 256 Мбайт. ROM и RAM-память карты разбита на "кучи", размер каждой кучи - не менее 64 Кбайт. Деление памяти на кучи - условное, оно производится ОС и никак не отражается на аппаратной архитектуре памяти. В каждой куче содержится либо ROM, либо RAM-память, но не обе вместе. В RAM-памяти на внутренней карте памяти PDA реализована "динамическая куча". Фактически, это и есть оперативная память. В этой куче ОС размещает динамические данные: глобальные переменные, динамические системные области памяти, стек, кучу приложения и сами коды приложений, загружаемых из дополнительных карт. Размер динамической кучи зависит от объема памяти на внутренней карте PDA и от предустановленного программного обеспечения. Каждая куча имеет свой номер-идентификатор. Динамическая куча имеет номер 0. Эта куча инициализируется автоматически всякий раз при рестарте системы. Все другие кучи инициализируются собственными циклами переустановки.

Память распределяется порциями (chunk) переменной длины. Порция располагается в одной куче, выравнивается по границе 2-байтного слова и занимает непрерывную область памяти - от 1 байта до 64 Кбайт. Порции в RAM-памяти бывают динамическими или хранимыми, перемещаемыми или неперемещаемыми. Порции в ROM-памяти бывают только неперемещаемыми и хранимыми.

Управление памятью (прежде всего - динамической, перемещаемой памятью) ведется Менеджером Памяти ОС. Управление хранимой памятью ведется надстройкой над Менеджером Памяти, называемой Менеджером Данных.

Когда Менеджер Памяти выделяет неперемещаемую порцию, он возвращает указатель на нее. Этот указатель сохраняет свое начальное значение все время существования порции. Когда Менеджер Памяти выделяет перемещаемую порцию, он возвращает ее манипулятор (handle). Манипулятор является номером элемента в Главной таблице указателей. Главная таблица указателей содержит указатели на порции. Поскольку обращения к перемещаемым порциям происходит через манипуляторы, ОС имеет возможность переместить порцию в памяти и изменить указатель на нее в Главной таблице, манипулятор же порции, которым оперирует приложение, не изменяется. Перемещение, однако, возможно только в те моменты, когда это "позволяет" приложение. Поскольку в системе не предусматривается аппаратное преобразование виртуальных адресов в реальные, для того, чтобы работать с данными памяти, приложение должно иметь указатель на данные. Системный вызов MemHandeLock фиксирует порцию в памяти, то есть запрещает ее перемещение. Этот вызов возвращает указатель на начало порции, через который приложение осуществляет доступ к данным порции. После окончания работы с данными приложение должно снять фиксацию с порции. ОС применяет перемещение порций для борьбы с фрагментацией памяти (внешними дырами). Процедура сжатия памяти вызывается всякий раз при нехватке памяти. Естественно, что чем больше порций будет зафиксировано в памяти, тем менее эффективна будет такая процедура. Поэтому эффективность управления памятью в значительной степени зависит от "грамотного" поведения приложения. В целях снижения фрагментации ОС выделяет память для перемещаемых порций в начале кучи, а для неперемещаемых - в конце кучи.

Каждая порция памяти имеет свой локальный (в пределах данной карты памяти) идентификатор. Для неперемещаемой порции этот идентификатор - ее смещение относительно начала карты, для перемещаемой - смещение относительно начала карты соответствующего ей элемента Главной таблицы указателей. Таким образом, обработка данных не зависит от того, в какой слот будет вставляться карта. Специальный системный вызов превращает номер слота и локальный идентификатор порции в указатель или манипулятор.

Каждая куча начинается с заголовка кучи, который содержит размер кучи и информацию о ее состоянии. Главная таблица указателей располагается сразу вслед за заголовком. Если размера таблицы недостаточно, выделяется память для ее расширения. Последнее поле таблицы содержит указатель на расширение. Таким образом может быть выделено сколько угодно расширений, и они связываются в однонаправленный линейный список. Расширения Главной таблицы указателей размещаются в конце кучи. Память, выделяемая для перемещаемых порций, находится сразу за Главной таблицей.

Заголовок кучи не подлежит изменению, поэтому куча может располагаться в ROM-памяти. Поскольку порции в ROM-памяти не могут быть перемещаемыми, Главная таблица кучи в ROM-памяти содержит 0 элементов.