Организация оверлейной структуры программ

Цель работы: ознакомиться с понятием и принципами оверлейной структуры программ.

Индивидуальное задание: настроить быстродействие системы, основываясь на управлении памятью с помощьюпринципов оверлейного структурирования

Оборудование: ПК с операционной системой Windows XP/7/8.

Теоретические сведения

Так как размер логического адресного пространства процесса может быть больше, чем размер выделенного ему раздела (или больше, чем размер самого большого раздела), иногда используется техника, называемая оверлей (overlay) или организация структуры с перекрытием. Основная идея – держать в памяти только те инструкции программы, которые нужны в данный момент.

Оверлей - это такой способ использования оперативной памяти, при котором в один и тот же участок памяти, называемый оверлейным буфером, попеременно по мере надобности загружаются различные оверлейные (перекрывающиеся) модули. При этом все оверлейные модули в готовом к работе виде хранятся на диске, а в оперативной памяти в каждый момент находится лишь один активный модуль и, возможно, небольшое число неактивных.

Потребность в таком способе загрузки появляется, если логическое адресное пространство системы мало, например 1 Мбайт (MS-DOS) или даже всего 64 Кбайта (PDP-11), а программа относительно велика. На современных 32-разрядных системах, где виртуальное адресное пространство измеряется гигабайтами, проблемы с нехваткой памяти решаются другими способами.

Рисунок 1- Организация структуры с перекрытием

Можно поочередно загружать в память ветви A-B, A-C-D и A-C-E программы

Коды ветвей оверлейной структуры программы находятся на диске как абсолютные образы памяти и считываются драйвером оверлеев при необходимости. Для описания оверлейной структуры обычно используется специальный несложный язык (overlaydescriptionlanguage). Совокупность файлов исполняемой программы дополняется файлом (обычно с расширением. odl), описывающим дерево вызовов внутри программы. Для примера, приведенного на рисунке, текст этого файла может выглядеть так:

A-(B,C)C-(D,E)

Синтаксис подобного файла может распознаваться загрузчиком. Привязка к физической памяти происходит в момент очередной загрузки одной из ветвей программы.

Оверлеи могут быть полностью реализованы на пользовательском уровне в системах с простой файловой структурой. ОС при этом лишь делает несколько больше операций ввода-вывода. Типовое решение – порождение линкером специальных команд, которые включают загрузчик каждый раз, когда требуется обращение к одной из перекрывающихся ветвей программы.

Тщательное проектирование оверлейной структуры отнимает много времени и требует знания устройства программы, ее кода, данных и языка описания оверлейной структуры. По этой причине применение оверлеев ограничено компьютерами с небольшим логическим адресным пространством. Как мы увидим в дальнейшем, проблема оверлейных сегментов, контролируемых программистом, отпадает благодаря появлению систем виртуальной памяти.

Заметим, что возможность организации структур с перекрытиями во многом обусловлена свойством локальности, которое позволяет хранить в памяти только ту информацию, которая необходима в конкретный момент вычислений.

При создании оверлейных программ нужно руководствоваться следующей последовательностью действий.

· Выделить главную часть программы и разбить оставшуюся часть на несколько модулей. Отметим, что никаких дополнительных ограничений на модули, по сравнению с описанными в гл.9, не накладывается за одним исключением: в оверлейных модулях нельзя использовать процедуры обработки прерываний. Желательно продумать состав модулей таким образом, чтобы по возможности минимизировать количество их перезагрузок в оверлейный буфер в процессе исполнения программы.

· В главной части программы указать с помощью директив компилятора вида {$О <имя>} те модули, которые будут оверлейными, например:

Program Main;

Uses CRT, DOS,Graph, Overlay, UnitA, UnitB;

{$0 DOS}

{$0 UnitA}

{$O UnitB}

Следует подчеркнуть, что из всех стандартных библиотечных модулей только один модуль DOS может быть оверлейным, остальные модули (CRT, Graph, Printer и т.д.) не могут объявляться оверлейными.

· Предусмотреть перед первым по логике работы программы обращением к оверлейному модулю вызов процедуры инициализации оверлея OVRINIT. Здесь же, если это необходимо, следует установить размер оверлейного буфера и указать возможность использования расширенной памяти (см. ниже).

· В начале главной программы и каждого оверлейного модуля необходимо поместить директивы компилятора {$О+} и {$F+} или установить опции OPTIONS /COMPILE/FORCE FAR CALLS и OPTIONS/ COMPILE/ OVERLAYS ALLOWED (см. прил.1) в активное состояние, после чего откомпилировать программу на диск. Программа готова к работе.

Таким образом, все процедуры и функции в оверлейной программе должны использовать дальнюю модель вызова - это обязательное условие. Отметим, что попытка компиляции оверлейного модуля, в начале которого отсутствует директива {$О+} предполагается, что опция среды OPTIONS/COMPILE/OVERLAY ALLOWED неактивна), будет обнаружена компилятором, в то время как! неправильная (ближняя) модель вызова оверлейных подпрограмм компилятором не контролируется и может привести к непредсказуемым результатам при исполнении программы.

Далее, инициация оверлея (осуществляется вызовом процедуры OVRINIT, см. ниже) должна происходить до вызова любого из оверлейных модулей. Это требование кажется тривиальным, однако множество проблем в оверлейных программах обычно:вязано именно с ним. Дело в том, что обращение к оверлейному модулю может происходить еще до начала работы основной программы: напомню, что любой модуль (в том числе и оверлейный) может иметь инициирующую часть, которая исполняется перед началом работы основной программы. В связи с этим рекомендую придерживаться следующего простого правила: никогда не используйте оператор BEGIN в конце модуля, если Вам нет нужды в инициирующих действиях; пустая инициирующая часть содержит пустой оператор, которому будет передано управление на этапе инициации. Таким образом, пустая инициирующая часть оверлейного модуля очень часто может вызывать сообщение об ошибке периода исполнения с кодом 208 (не установлена система управления оверлеем). Как же быть, если в оверлейном модуле все-таки нужна инициирующая часть? В этом случае можно рекомендовать следующий прием. Создайте лишний модуль, в котором будут пустыми все части, кроме инициирующей. В этой части разместите команды инициации оверлея. Новый модуль не должен быть оверлейным и его имя должно стоять в предложении USES основной программы перед именем любого оверлейного модуля. После компиляции такой программы инициация оверлея будет осуществляться перед выполнением любой другой инициирующей части и проблема будет решена.

Ход работы

Настройте быстродействие системы:

Вызовите окно Свойства системы и перейти в нем на вкладку Дополнительно.

Здесь нажмите в области быстродействие на кнопку Параметры.

Откроется окно Параметры быстродействия.

Положение Обеспечить наилучшее быстродействие сделает картинку намного скромнее, зато производительность системы при этом резко возрастет.

С помощью меню Особые эффекты можете в индивидуальном порядке решить судьбу того или иного визуального эффекта.

Если же вы ни в чем не уверены, то поручите принятие решения операционной системе, установив переключатель в положение Восстановить значения по умолчанию.

Содержание отчета

Отчет по практической работе должен содержать следующие пункты:

- название практической работы;

- цель работы;

- краткие теоретические сведения;

- индивидуальное задание для выполнения работы;

- краткое описание хода выполнения работы;

- результаты выполнения работы;

- выводы.

 

Практическая работа №20