Управление памятью в MS-DOS
Принципы управления памятью в операционной системе MS-DOS и соответствующий программный интерфейс были рассмотрены нами в 19 томе “Библиотеки системного программиста”, который называется “MS-DOS для программиста”.
Напомним, что MS-DOS использует так называемый реальный режим работы процессора. Такие операционные системы, как Microsoft Windows версии 3.1, Microsoft Windows 95, Microsoft Windows NT и IBM OS/2 на этапе своей загрузки переводят процессор в защищенный режим работы. Подробно эти режимы мы описали в 6 томе “Библиотеки системного программиста”, который называется “Защищенный режим работы процессоров 80286/80386/80486”.
В реальном режиме работы процессора физический адрес, попадающий на шину адреса системной платы компьютера составляется из двух 16-разрядных компонент, которые называются сегментом и смещением (рис.1.1).
Рис.1.1. Получение физического адреса в реальном режиме работы процессора
Процедура получения физического адреса из сегмента и смещения очень проста и выполняется аппаратурой процессора. Значение сегментной компоненты сдвигается влево на 4 бита и дополняется справа четырьмя нулевыми битами. Компонента смещения расширяется до 20 разрядов записью нулей в четыре старших разряда. Затем полученные числа складываются, в результате чего образуется 20-разрядный физический адрес.
Задавая произвольные значения для сегмента и смещения, программа может сконструировать физический адрес для обращения к памяти размером чуть больше одного мегабайта. Точное значение с учетом наличия области старшей памяти High Memory Area равно 1 Мбайт + 64 Кбайт - 16 байт.
Хорошо знакомая вам из программирования для MS-DOS комбинация компонет [сегмент : смещение] называется логическим адресом реального режима. В общем виде процедура преобразования логического адреса в физический схематически изображена на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Преобразование логического адреса в физический
Программы никогда не указывают физические адреса памяти, а всегда работают только с логическими адресами. Это верно как в реальном режиме работы процессора, так и в защищенном. Так как перобразователь адреса реализован аппаратно в процессоре, процесс преобразования не замедляет работу программы.
Логические адреса реального режима находятся в диапазоне от [0000h : 0000h] до [FFFFh : 000Fh]. Это соответствует диапазону физических адресов от 00000h до FFFFFh, лежащих в пределах первого мегабайта оперативной памяти. Задавая логические адреса в пределах от [FFFFh : 0010h] до [FFFFh : FFFFh], можно адресовать область старшей памяти High Memory Area, имеющей размер 64 Кбайт - 16 байт.
Таким образом, схема преобразования адреса реального режима не позволяет адресовать больше одного мегабайта памяти, что явно недостаточно для работы современных приложений. Даже если в вашем компьютере установлено 16 Мбайт памяти, операционная система MS-DOS не сможет адресовать непосредственно старшие 15 Мбайт (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Адресация памяти в MS-DOS
Несмотря на то что, как мы только что сказали, программы используют не физические, а логические адреса, преобразователь адреса реального режима позволяет программам легко сконструировать логический адрес для любого нужного ей физического адреса. В этом смысле можно говорить о возможности физической адресации памяти в реальном режиме.
Такая возможность сильно снижает надежность операционной системы MS-DOS, так как любая программа может записать данные в любую область памяти. В том числе, например, в область памяти, принадлежащей операционной системе или в векторную таблицу прерываний. Неудивительно, что компьютер, работающий под управлением MS-DOS, часто зависает, особенно при использовании плохо отлаженных программ.
Что же касается программного интерфейса для управления памятью в MS-DOS, то такой существует в рамках прерывания INT 21h. Он позволяет программам заказывать и освобождать области памяти, лежащие в границах первого мегабайта. Однако ничто не мешает программам выйти за пределы полученной области памяти, выполнив при этом самоликвидацию или уничтожение операционной системы.
