Выделение памяти

Алгоритмы выделения памяти, включая те, которые пригодны для использования в ядре ОС, подробно обсуждались в главе 4. Мы уже упомянули тот печальный факт, что в контексте прерывания система обычно не позволяет запрашивать ресурсы. Важно остановиться ещё на двух аспектах проблемы.

Во-первых, ядро ОС обычно размещается в физической памяти и не подвергается страничному обмену, поэтому память ядра представляет собой более дефицитный ресурс, чем виртуальная память, доступная прикладным программам. Разработчик модуля ядра должен учитывать это и избегать экстравагантных схем управления буферами, которые иногда применяются в прикладных программах. Управлению большими объёмами буферов, в частности дисковым кэшем, посвящён раздел Дисковый кэш.

Во-вторых, в ряде случаев драйвер не может удовлетвориться любым участком физического ОЗУ: например, некоторые старые контроллеры ПДП или периферийной шины не могут адресовать всю физическую память. Так, контроллер ПДП шины ISA имеет 24-разрядный адрес и способен адресовать только младшие 16 Мбайт ОЗУ (рис. 10.8). Некоторые контроллеры ПДП требуют выравнивания буфера, чаще всего на границу страницы.

Рис. 10.8. Ограничения для буферов ПДП

Это является дополнительным доводом в пользу того, чтобы при работе с данными, поступающими с внешнего устройства, копировать их в системный буфер, а не использовать непосредственно пользовательскую память, которая может быть размещена где угодно и с любым выравниванием.

При выделении буферов для ПДП многие ОС позволяют задать ограничения, которым должен удовлетворять физический адрес выделенного буфера. Не каждый требуемый драйверу ресурс может быть выделен немедленно. Многие ОС предоставляют драйверу callback-функции, вызываемые, когда требуемый ресурс становится доступен.

Эти механизмы управления памятью позволяют обеспечить стабильную работу системы и избежать ошибок, связанных с недостатком ресурсов. Кроме того, правильная организация выделения памяти и управление буферами играют важную роль в производительности и эффективности взаимодействия между драйверами и аппаратными устройствами.

Следует также отметить, что в современных операционных системах механизмы выделения памяти развиваются и адаптируются к новым требованиям. Например, оптимизация работы с кэшами и использование более сложных алгоритмов управления буферами позволяют добиться значительных улучшений в производительности. Разработчики драйверов должны быть в курсе этих изменений и учитывать их при создании программного обеспечения для работы с аппаратным обеспечением.

Эффективное выделение памяти и управление буферами — это ключевые аспекты разработки драйверов и системного программного обеспечения, влияющие на стабильность и производительность всей системы. Важно соблюдать баланс между потребностями аппаратного обеспечения и ограничениями, накладываемыми архитектурой операционной системы.