Базовая система показателей качества информации.

Базовая система показателей качества информации.

Качество информации можно определить как совокупность свойств, обуславливающих возможность ее использования для удовлетворения потребностей. Возможность и эффективность использования информации для управления определяется такими ее потребительскими показателями качества, как репрезентативность, содержательность, полнота, доступность, актуальность, своевременность, точность, устойчивость, достоверность и ценность.

- класс выдачи (своевременность, актуальность, полнота, доступность);

- класс обработки (достоверность, адекватность);

- класс защищённости (физическая целостность информации, логическая целостность информации, безопасность информации).

Своевременность информации оценивается временем выдачи (получения), в течение которого информация не потеряла свою актуальность.

Актуальность информации – это степень её соответствия текущему моменту времени. Нередко с актуальностью связывают коммерческую ценность информации. Устаревшая и потерявшая свою актуальность информация может приводить к ошибочным решениям и тем самым теряет свою практическую ценность.

Полнота информации определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.

Достоверность информации – это степень соответствия между получаемой и исходящей информацией.

Адекватность информации – это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостаточных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.

Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной.

7) Формы представления инф-и.

Материальный носитель – материальный объект или среду, которые служат для представления или передачи инф-и (бумага, пергамент, шелк, лазерный диск).

Хранение инф-и связано с фиксацией состояния носителя, а передача – с процессом, который протекает в носителе. Состояния и процессы могут иметь химическую, биологическую или иную основу – они материальны. (представление инф-и в виде сигналов)

8) Меры представления информации с позиции семиотики.

В свете идей семиотики (науки о знаках) понятие информации и ее свойств можно рассматривать в трех аспектах:

· синтаксическом;

· семантическом;

· прагматическом.

Синтаксический аспект связан с рассмотрением формы и среды представления информации: документ, машинный носитель, память компьютера – с оценкой объемов обрабатываемой и хранимой информации, установлением правил преобразования и выбором формата данных и т.п. Информация на синтаксическом уровне традиционно называется данными.

На семантическом уровне формируются структурные единицы информации – экономические показатели, проектируется структура базы данных (интегрированной совокупности взаимосвязанных данных), определяется содержание документов и схема документооборота. Семантический аспект требует понимания содержания информации.

Прагматический аспект информации связан с оценкой качества и полезности информации для принятия управленческих решений. Качество информации рассматривается на уровне экономического показателя. Оно является совокупностью следующих свойств:

1. Репрезентативность информации – методическая правильность формирования экономической информации: выделение наиболее существенных признаков и связей объектов, событий, явлений; измерение, выбор правильных алгоритмов формирования расчетных показателей.

2. Содержательность информации – максимизация отношения количества полезных данных к их общему объему, т.е. максимизация меры устранения неопределенности.

3. Необходимость и достаточность (комплектность) информации для принятия управленческого решения.

4. Актуальность информации – сохранение полезности информации во времени.

5. Доступность и своевременность получения информации.

6. Точность информациина уровне отдельных экономических показателей.

7. Достоверность информации – отображение истинного значения в пределах необходимой точности с заданной вероятностью.

8. Ценность информации – оценка влияния показателя на эффективность функционирования системы и др.

Формы представления информации

Ø Текстовая

Ø Числовая

Ø Графическая: рисунки, схемы, чертежи, фотографии

Ø Звуковая

Ø Мультимедийная (комбинированная)

Системы передачи информации.

Передача инф-и – физический процесс, посредством которого осуществляется перемещение информации. Данное мероприятие предполагает предсказуемый срок получения указанного результата.

Основные понятия алгебры логики. Логические основы ЭВМ.

Элементы алгебры логики

Основные понятия

Алгебра логики или булева алгебра (ее разработчик – Дж. Буль) вытекает из логики, основу которой составили труды Аристотеля (384-322 гг до н. э.). Логика – наука о доказательных рассуждениях Правильность рассуждения определяется только его логической конструкцией (структурой), и не зависит конкретного содержания входящих в него рассуждений.

Математическая логика была создана во второй половине 19-го века, исчисления позволяют устранять неясности естественного языка. Математическая логика = Формальная логика + алгебраические операции.

Алгебра логики (булева алгебра) используется для описания логики функционирования аппаратных и программных средств вычислительной техники и представляет собой раздел математической логики, изучающий строение логических высказываний и способы установления их истинности с помощью алгебраических методов.

В алгебре логики все переменные и функции могут принимать только два значения 0 (Ложь, False) и 1 (истина, True).

Отношение между двумя высказываниями (или логическими функциями), когда для всех наборов значений аргументов значения функций на одинаковых наборах совпадают, называются эквивалентными. Логические выражения, истинные при любых значениях истинности входящих в них переменных, называют тавтологиями (от греч. “tauto” – то же самое и “logos” – слово).

Алгебра логики оперирует с высказываниями - грамматически правильными повествовательными предложениями, передающими смысл. Высказывание является истинным или ложным, простым или сложным, образованным из простых с помощью логических связок “и”, “или”, “не”, “если..., то” и т. п. Основные термины алгебры логики:

- простое высказывание – повествовательное предложение, принимающее одно из двух возможных значений – истина или ложь;

- предикат – высказывание с переменными, которое при одних значений переменных может стать истинным высказыванием, при других – ложным;

- рассуждение – цепочка взаимосвязанных фактов и умозаключений, вытекающих друг из друга;

- составное высказывание – комбинация простых высказываний, соединенных логическими операциями.

Операции (высказывания) алгебры логики

Типы высказываний (основные операции алгебры логики):

1. Конъюнкция – логическое умножение (результат соединения высказываний с помощью связки “и”) дает сложное высказывание, истинное только тогда, когда истинны оба составляющих его высказывания; обозначаются: x∧ y или x & y или х× у, читается “х и у”.

Обозначается Таблица истинности

на схемах & логического умножения

X	Y	Х ∧ Y

 

 

 

2. Дизъюнкция – логическое сложение (результат соединения высказываний с помощью связки ”или”) дает сложное высказывание, истинное, когда истинно хотя бы одно из составляющих его высказываний. Обозначается x∨ y или x + y – дизъюнкция, читается “х или у”

Обозначается Таблица истинности

на схемах 1 логического сложения

X	Y	Х ∨ Y

 

 

3. Строгая дизъюнкция (результат соединения высказываний с помощью связки “исключающее или”) дает сложное высказывание, истинное, когда истинно только одно из составляющих его высказываний (x y или x y - строгая дизъюнкция).

Таблица истинности

X	Y	Х Y

 

 

Иначе эта операция называется “сложение по модулю 2”, т.к. при сложении четного количества единиц результат будет 0, а при сложении нечетного количества единиц – 1.

4. Инверсия - логическое отрицание (результат применения к высказыванию связки “не”) дает сложное высказывание, истинное, когда исходное высказывание ложно ( x или - инверсия).

Обозначается инверсия Таблица истинности инверсии

Х

на схемах

Нет

5. Импликация (следование) (результат соединения высказываний с помощью связки “если.., то”) дает сложное высказывание, ложное, только когда первое из составляющих его высказываний истинно, а второе - ложно (x→ y - импликация).

Таблица истинности

импликации

Х	Y	X→ Y

6. Эквиваленция (результат соединения высказываний с помощью связки “тогда и только тогда”) дает сложное высказывание, истинное, когда истинность составляющих его высказываний совпадает (X « Y или X º Y - эквиваленция).

Эта операция называется также “эквивалентность” или равнозначность. Ее таблица истинности:

Х	Y	X«Y

Алгебра логики вводит аксиомы и основные законы, с помощью которых можно упростить схемную реализацию компьютерных устройств или алгоритмов обработки информации, тем самым повысить надежность и сократить затраты на обработку информации. Используются также логические операторы - кванторы общности ∀ (“для всех”) и существования ∃ (“существует”). Для сложных высказываний строятся таблицы истинности, например:

A	B	A⋁ B	A∧ B	A→ B
0 (ЛОЖЬ)	0 (ЛОЖЬ)	0 (ЛОЖЬ)	0 (ЛОЖЬ)	1 (ИСТИНА)
0 (ЛОЖЬ)	1 (ИСТИНА)	0 (ЛОЖЬ)	1 (ИСТИНА)	1 (ИСТИНА)
1 (ИСТИНА)	0 (ЛОЖЬ)	0 (ЛОЖЬ)	1 (ИСТИНА)	0 (ЛОЖЬ)
1 (ИСТИНА)	1 (ИСТИНА)	1 (ИСТИНА)	1 (ИСТИНА)	1 (ИСТИНА)

 

Аксиомы алгебры логики

Законы отрицания

B. Двойное отрицание

;

;

.

c. Закон отрицательной логики (законы де Моргана):

;

.

Комбинационные законы.

В) Шестнадцатеричная СС.

При программировании иногда используется шестнадцатеричная СС, перевод чисел из которой в двоичную СС весьма прост – он выполняется поразрядно. Для изображения цифр, больших 9, применяются буквы A=10, B=11, C=12, D=13, E=14, F=15. Например, F17B в двоичной СС выглядит так: 1111000101111011.

Арифметические операции в шестнадцатеричной СС в машине не выполняются. В некоторых программах выполняется операция сложения или вычитания, например при вычислении полных адресов ячеек памяти (при сложении и вычитании адресов сегмента, базы, индекса, смещения). Правила их выполнения обычные для позиционной СС.

История развития ЭВМ

Структурная схема ПК.

Системная плата

Системная (материнская) плата – важнейшая конструктивная часть ПК, которая объединяет и обеспечивает взаимодействие большинства устройств машины. СП представляет собой печатную плату площадью 600-1000 кв. см, на которой размещается большое количество различных микросхем, разъемов и др. элементов. Для ПК с шинной архитектурой СП имеет некоторый набор базовых микросхем и платы расширения, устанавливаемые по мере необходимости в специальные разъемы (слоты). Наиболее известные наборы микросхем для СП выпускает компания «Intel».

Аппаратные интерфейсы

Для эффективного взаимодействия компонентов ПК используются интерфейсы, которые обеспечиваются с помощью проводов, разъемов, устройств сопряжения и связи, протоколов взаимодействия, стандартов сигналов и соединений. В зависимости от количественной характеристики связи можно выделить одно- и многосвязный интерфейсы. Односвязный интерфейс основан на связи устройств через общий интерфейс. А многосвязный предполагает, что каждый блок ПК связан с прочими блоками своим собственным локальным интерфейсом. Внутри машинный системный односвязный интерфейс означает интерфейс, основанный на системной шине и ее возможных расширениях. Внутри машинный многосвязный системный интерфейс, базирующийся на локальном интерфейсе устройства.

Системы шины и шины расширений. Подключение видеокарты, модема, звуковой карты

Локальные шины. Обеспечение связи с видеоадаптером, латами мультимедиа, сетью.

Периферийные шины. Обеспечивают связь с внешними устройствами (дисковый накопитель, клавиатура, мышь, сканер)

Беспроводные интерфейсы. Применяются для передачи данных на расстоянии от нескольких см до нескольких км. Предназначены для присоединения к ЭВМ периферийных устройств (клавиатуры, мыши, принтера) и портативных компьютеров (КПК, ноутбука). Для подключения к компьютерным сетям (локальным, региональным, сети Интернет).

Системы мультимедиа

Мультимедиа – это одновременное пользование различных форм представления инф-и и ее обработки в едином объекте-контейнере. Формы представления информации: текстовая, аудиальная, графическая и видео. Способ взаимодействия с информацией – интерактивный.

Перечень средств мультимедиа:

- устройства аудио- и видео вызова/вывода инф-и

- высококачественные звуковые и видео платы

- платы видео захвата, снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК

- высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами

- сканеры (позволяют вводить в ПК печатные текстуры, рисунки), принтеры и плоттеры

Системы аудио ввода/вывода инф-и. Применяются 2 технологии:

- система распознавания речи (выполняется оцифровка звуковой инф-и, ее идентификация с кодами, содержащимися в электронных тезаурусных словарях)

- система синтеза речи (базируются на выборке из словаря готовых оцифрованных звуковых последовательностей, либо на синтезаторах речи)

Видео технологии. Видео – набор технологий записи, обработки, передачи, хранения и воспроизведения визуального и аудиовизуального материала на мониторах компьютера.

Основные характеристики видеосигнала: число кадров в секунду, развертка, разрешение, соотношение сторон экрана, количество цветов и цветовой разрешение видеосигнала.

Операционные системы.

ОС – это набор программ, которые обеспечивают возможность использования аппаратуры компьютера. Задача ОС: сделать аппаратуру доступной и по возможности удобной для пользования.

Основные функции ОС:

- определение интерфейса пользователя;

- обеспечение разделения аппаратных ресурсов между пользователями;

- предоставление возможности работы с общими данными;

- планирование доступа пользователей к общим ресурсам;

- обеспечение эффективного выполнения операций ввода/вывода;

- осуществление восстановления информации и вычислительного процесса в случае ошибок.

В распоряжение ОС предоставляются

- пассивные (управляемые) ресурсы: процессоры, память, устройства ввода/вывода, данные;

- активные (управляющие) ресурсы: операторы ЭВМ, программисты (прикладные, системные), административный персонал, программы пользователя.

Операционная система, основываясь на потребностях и возможностях своего активного ресурса и с учетом предоставленного в распоряжение пассивного ресурса, выполняет поставленные перед ней задачи посредника.

Классификация ОС (признаки).

А) Особенности алгоритмов управления ресурсами. В зависимости от особенностей использованного алгоритма управления процессором ОС делят на:

- многозадачные и однозадачные,

- многопользовательские и однопользовательские,

- многопроцессорные и однопроцессорные системы.

Б) Поддержка многозадачности. По числу одновременно выполняемых задач ОС делятся на:

- Однозначные (MS-DOS, MSX) выполняют функцию предоставления пользователю виртуальной машины, упрощая процесс взаимодействия пользователя с компьютером. Включают в себя средства управления периферийными устройствами и файлами, средства общения с пользователем.

- Многозадачные (ОС EC, OS/2, UNIX, MS Windows), кроме перечисленных выше функций, управляют разделением совместно используемых ресурсов, таких как процессорное время, оперативная память, файлы и внешние устройства.

В) Поддержка многопользовательского режима. По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:

- однопользовательские (MS-DOS, Windows 3.x, ранние версии OS/2);

- многопользовательские (UNIX, Windows NT): наличие средств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступа (НСД) других пользователей.

Г) Наличие многопроцессорной обработки. Наличие/отсутствие в ОС средств поддержки многопроцессорной обработки – мультипроцессирования:

- однопроцессорные ОС;

- многопроцессорные ОС.

Д) Особенности аппаратных платформ. По типу аппаратуры, ОС:

- ПК;

- мини-компьютеров;

- мейнфреймов;

- кластеров;

- встроенные ОС;

- сетей ЭВМ.

Е) Особенности областей использования ОС. Многозадачные ОС подразделяют на 3 типа в соответствии с использованными при их разработке критериями эффективности:

- системы пакетной обработки (предназначены для решения задач в основном вычислительного характера);

- системы разделения времени (призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки – изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения его задач);

- системы реального времени (применяются для управления различными техническими объектами, такими ка станок, спутник, научная экспериментальная установка, или технологическими процессами, например гальваническая линия, доменный процесс).

В некоторых ОС часть задач может выполняться в режиме пакетной обработки, а часть – в режиме реального времени или режиме разделения времени. В таких случаях режим пакетной обработки называют фоновым.

Ж) Концепции построения. При описании ОС часто указываются особенности ее структурной организации и основные концепции, положенные в ее основу.

Файловая структура ОС.

Файловая система – это часть ОС, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле файловая система – это:

- совокупность всех файлов на диске;

- наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске;

- комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС на используемые символы и на длину имени.

Типы файлов:

a. Обычные файлы:

a.1. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в коде ASCII (документы, исходные тексты программ). Т. ф. можно прочитать на экране и распечатать на принтере.

a.2. Двоичные файлы не используют коды ASCII, часто имеют сложную внутреннюю структуру, например объектный код программы или архивный файл.

b. Специальные файлы – это файлы, ассоциированные с устройствами ввода/вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода/вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла.

b.1. Блок-ориентированные.

b.2. Байт-ориентированные.

c. Каталог – это, с одной стороны, группа файлов объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, программы игр или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны – это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

Логическая и физическая организация файлов, адреса файлов.

Программист имеет дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей.

Логическая запись – наименьший элемент данных, которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством.

ОС обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи.

Записи могут быть:

- фиксированной длины или переменной длины;

- расположены в файле последовательно (последовательная организация) или в более сложном порядке, с использованием индекс-таблиц, позволяющих обеспечить быстрый доступ к отдельной логической записи (индексно-последовательная организация);

Для идентификации записи может быть применено специальное поле записи, называемое ключом. Простейшая логическая структура – последовательность однобайтовых записей.

Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит из физических записей – блоков.

Блок - это наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с оперативной памятью.

Непрерывное размещение – простейший вариант физической организации, при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих единый сплошной участок дисковой памяти. Для задания адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого метода – его простота. Два недостатка. Во-первых, во время создания файла заранее неизвестна его длина, значит, неизвестно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла. Во-вторых, при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация и пространство на диске используется неэффективно, так как отдельные участки маленького размера могут остаться неиспользуемыми.

Размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти. При таком способе в начале каждого блока находится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан только одним числом – номером первого блока. Каждый блок может быть присоединен в цепочку какого-либо файла, следовательно, фрагментация отсутствует. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков. Недостатки. Сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла: для того чтобы прочитать пятый по порядку блок файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков. Также при этом способе количество данных файла, содержащихся в одном блоке, не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего блока), а многие программы читают данные блоками, размен которых равен степени двойки.

Использование связанного списка индексов. С каждым блоком связывается некоторый элемент – индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска. Если некоторые блок распределен некоторому файлу, то индекс этого блока содержит номер следующего блока данного файла. Здесь сохраняются все достоинства предыдущего способа, но снимаются оба недостатка: во-первых, для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное число блоков файла по цепочки и определить номер нужного блока; во-вторых, данные файла занимают блок целиком, т.е. имеют объем, равный степени двойки.

Простое перечисление номеров блоков, занимаемых файлом. ОС UNIX использует вариант данного способа, позволяющий обеспечить фиксированную длину адреса независимо от размера файла. Для хранения адреса выделено 13 полей. Если размер файла меньше или равен 10 блокам, то номера этих блоков непосредственно перечислены в первых 10 полях адреса. Если размер файла больше 10 блоков, то 11-е поле содержит адрес блока, в котором могут быть расположены еще 128 номеров следующих блоков файла. Если файл больше, чем 10 + 128 блоков, то используется 12-е поле, в котором находится номер блока, содержащего 128 номеров блоков, которые включают в себя по 128 номеров блоков данного файла. Если же файл больше 10 + 128 + 128(128, то используется последнее, 13-е поле для тройной косвенной адресации, что позволяет задать адрес файла, имеющего размер максимум 10 + 128 + 128(128 + 128(128(128.

Определить права доступа к файлу – установить для каждого пользователя набор операций (создание, уничтожение, открытие, закрытие, чтение файла, запись в файл, дополнение файла, поиск в файле, получение атрибутов файла, установление новых значений атрибутов, переименование, выполнение файла, чтение каталога и др. операции с файлами и каталогами), которые он может применить к данному файлу.

Права доступа могут быть описаны матрицей прав доступа, в которой столбцы соответствуют всем файлам системы, строки – всем пользователям, а на пересечении строк и столбцов указываются разрешенные операции.

Пользователи могут быть разделены на отдельные категории (с едиными правами доступа для каждой).

Подходы к определению прав доступа:

1) Избирательный доступ, когда для каждого файла и каждого пользователя сам владелец может определить допустимые операции;

2) Мандатные подход, когда система наделяет пользователя определенными правами по отношению к каждому разделяемому ресурсу (в данном случае файлу) в зависимости от того, к какой группе пользователь отнесен.

Кэширование дисков

В некоторых файловых системах запросы к внешним устройствам, в которых адресация осуществляется блоками (диски, ленты), перехватываются промежуточным программным слоем-подсистемой буферизации. Подсистема буферизации представляет собой буферный пул, располагающийся в оперативной памяти, и комплекс программ, управляющих этим пулом. Каждый буфер пула имеет размер, равный одному блоку. При поступлении запроса на чтение некоторого блока подсистема буферизации просматривает свой буферный пул и, если находит требуемый блок, то копирует его в буфер запрашивающего процесса. Операция ввода-вывода считается выполненной, хотя физического обмена с устройством не происходило. Очевиден выигрыш во времени доступа к файлу. Если же нужный блок в буферном пуле отсутствует, то он считывается с устройства и одновременно с передачей запрашивающему процессу копируется в один из буферов подсистемы буферизации. При отсутствии свободного буфера на диск вытесняется наименее используемая информация. Таким образом, подсистема буферизации работает по принципу кэш-памяти.

Общая модель файловой системы

Функционирование любой файловой системы можно представить многоуровневой моделью (рисунок 2.36), в которой каждый уровень предоставляет некоторый интерфейс (набор функций) вышележащему уровню, а сам, в свою очередь, для выполнения своей работы использует интерфейс (обращается с набором запросов) нижележащего уровня.

Рис. 2.36. Общая модель файловой системы

 

Задачей символьного уровня является определение по символьному имени файла его уникального имени.

На следующем, базовом уровне по уникальному имени файла определяются его характеристики: права доступа, адрес, размер и другие.

Следующим этапом реализации запроса к файлу является проверка прав доступа к нему.

На логическом уровне определяются координаты запрашиваемой логической записи в файле, то есть требуется определить, на каком расстоянии (в байтах) от начала файла находится требуемая логическая запись. При этом абстрагируются от физического расположения файла, он представляется в виде непрерывной последовательности байт. Алгоритм работы данного уровня зависит от логической организации файла. Например, если файл организован как последовательность логических записей фиксированной длины l, то n-ая логическая запись имеет смещение l((n-1) байт. Для определения координат логической записи в файле с индексно-последовательной организацией выполняется чтение таблицы индексов (ключей), в которой непосредственно указывается адрес логической записи.

 

Рис. 2.37. Функции физического уровня файловой системы

 

Исходные данные:

V - размер блока

N - номер первого блока файла

S - смещение логической записи в файле

Требуется определить на физическом уровне:

n - номер блока, содержащего требуемую логическую запись

s - смещение логической записи в пределах блока

n = N + [S/V], где [S/V] - целая часть числа S/V

s = R [S/V] - дробная часть числа S/V

 

На физическом уровне файловая система определяет номер физического блока, который содержит требуемую логическую запись, и смещение логической записи в физическом блоке. Для решения этой задачи используются результаты работы логического уровня - смещение логической записи в файле, адрес файла на внешнем устройстве, а также сведения о физической организации файла, включая размер блока.

После определения номера физического блока, файловая система обращается к системе ввода-вывода для выполнения операции обмена с внешним устройством. В ответ на этот запрос в буфер файловой системы будет передан нужный блок, в котором на основании полученного при работе физического уровня смещения выбирается требуемая логическая запись.

Отображаемые в память файлы

По сравнению с доступом к памяти, традиционный доступ к файлам выглядит запутанным и неудобным. По этой причине некоторые ОС, начиная с MULTICS, обеспечивают отображение файлов в адресное пространство выполняемого процесса. Это выражается в появлении двух новых системных вызовов: MAP (отобразить) и UNMAP (отменить отображение). Первый вызов передает операционной системе в качестве параметров имя файла и виртуальный адрес, и операционная система отображает указанный файл в виртуальное адресное пространство по указанному адресу.

Предположим, например, что файл f имеет длину 64 Кб и отображается на область виртуального адресного пространства с начальным адресом 512 К. После этого любая машинная команда, которая читает содержимое байта по адресу 512 К, получает 0-ой байт этого файла и т.д. Очевидно, что запись по адресу 512 К + 1100 изменяет 1100 байт файла. При завершении процесса на диске остается модифицированная версия файла, как если бы он был изменен комбинацией вызовов SEEK и WRITE.

В действительности при отображении файла внутренние системные таблицы изменяются так, чтобы данный файл служил хранилищем страниц виртуальной памяти на диске. Таким образом, чтение по адресу 512 К вызывает страничный отказ, в результате чего страница 0 переносится в физическую память. Аналогично, запись по адресу 512 К + 1100 вызывает страничный отказ, в результате которого страница, содержащая этот адрес, перемещается в память, после чего осуществляется запись в память по требуемому адресу. Если эта страница вытесняется из памяти алгоритмом замены страниц, то она записывается обратно в файл в соответствующее его место. При завершении процесса все отображенные и модифицированные страницы переписываются из памяти в файл.

Отображение файлов лучше всего работает в системе, которая поддерживает сегментацию. В такой системе каждый файл может быть отображен в свой собственный сегмент, так что k-ый байт в файле является k-ым байтом сегмента. На рисунке 2.38, а изображен процесс, который имеет два сегмента-кода и данных. Предположим, что этот процесс копирует файлы. Для этого он сначала отображает файл-источник, например, abc. Затем он создает пустой сегмент и отображает на него файл назначения, например, файл ddd.

С этого момента процесс может копировать сегмент-источник в сегмент-приемник с помощью обычного программного цикла, использующего команды пересылки в памяти типа mov. Никакие вызовы READ или WRITE не нужны. После выполнения копирования процесс может выполнить вызов UNMAP для удаления файла из адресного пространства, а затем завершиться. Выходной файл ddd будет существовать на диске, как если бы он был создан обычным способом.

Хотя отображение файлов исключает потребность в выполнении ввода-вывода и тем самым облегчает программирование, этот способ порождает и некоторые новые проблемы. Во-первых, для системы сложно узнать точную длину выходного файла, в данном примере ddd. Проще указать наибольший номер записанной страницы, но нет способа узнать, сколько байт в этой странице было записано. Предположим, что программа использует только страницу номер 0, и после выполнения все байты все еще установлены в значение 0 (их начальное значение). Быть может, файл состоит из 10 нулей. А может быть, он состоит из 100 нулей. Как это определить? Операционная система не может это сообщить. Все, что она может сделать, так это создать файл, длина которого равна размеру страницы.

Рис. 2.38. (а) Сегменты процесса перед отображением файлов в адресное пространство; (б) Процесс

после отображения существующего файла abc в один сегмент и создания нового сегмента для файла ddd

 

123456789Следующая ⇒

Поделиться: