Страница, вызвавшая отказ, находится в одном из пяти состояний:
1. На устройстве выгрузки вне памяти.
2. В списке свободных страниц в памяти.
3. В исполняемом файле.
4. С пометкой "обнуляемая при обращении".
5. С пометкой "заполняемая при обращении".
Рассмотрим каждый случай в подробностях.
Если страница находится на устройстве выгрузки, вне памяти (случай 1), это означает, что она когда-то располагалась в памяти, но была выгружена оттуда "сборщиком" страниц. Обратившись к дескриптору дискового блока, ядро узнает из него номера устройства выгрузки и блока, где расположена страница, и проверяет, не осталась ли страница в кэше. Ядро корректирует запись таблицы страниц так, чтобы она указывала на страницу, которую предполагается считать в память, включает соответствующую запись таблицы pfdata в хеш-очередь (облегчая последующую обработку отказа) и считывает страницу с устройства выгрузки. Допустивший ошибку процесс приостанавливается до момента завершения ввода-вывода; вместе с ним будут возобновлены все процессы, ожидавшие загрузки содержимого страницы.
Обратимся к Рисунку 9.22 и в качестве примера рассмотрим запись таблицы страниц, связанную с виртуальным адресом 66К. Если при обращении к странице процесс получает отказ из-за недоступности данных, программа обработки отказа обращается к дескриптору дискового блока и обнаруживает то, что страница находится на устройстве выгрузки в блоке с номером 847 (если предположить, что в системе только одно устройство выгрузки): следовательно, виртуальный адрес указан верно. Затем программа обработки отказа обращается к кэшу, но не находит информации о дисковом блоке с номером 847. Таким образом, копия виртуальной страницы в памяти отсутствует и программа обработки отказа должна загрузить ее с устройства выгрузки. Ядро отводит физическую страницу с номером 1776 (Рисунок 9.23), считывает в нее с устройства выгрузки содержимое виртуальной страницы и перенастраивает запись таблицы страниц на страницу с номером 1776. В завершение ядро корректирует дескриптор дискового блока, делая указание о том, что страница загружена, а также запись таблицы pfdata, отмечая, что на устройстве выгрузки в блоке с номером 847 содержится дубликат виртуальной страницы.
алгоритм vfault /* обработка отказа из-за отсутствия (недоступности) данных */
входная информация: адрес, по которому получен отказ
выходная информация: отсутствует
{
найти область, запись в таблице страниц, дескриптор дискового блока, связанные с адресом, по которому получен отказ, заблокировать область;
if (адрес не принадлежит виртуальному адресному пространству процесса)
{
послать сигнал (SIGSEGV: нарушение сегментации) процессу;
goto out;
}
if (адрес указан неверно) goto out;/* возможно, процесс находился в состоянии приостанова */
if (страница имеется в кэше)
{
убрать страницу из кэша;
поправить запись в таблице страниц;
do
while (содержимое страницы не станет доступным) /* другой процесс получил такой же отказ, но раньше */
sleep;
}
else { /* страница отсутствует в кэше */
назначить области новую страницу;
поместить новую страницу в кэш, откорректировать запись в таблице pfdata;
if (страница ранее не загружалась в память и имеет пометку "обнуляемая при обращении")
очистить содержимое страницы;
else
{
считать виртуальную страницу с устройства выгрузки или из исполняемого файла;
sleep (до завершения ввода-вывода);
}
возобновить процессы (ожидающие загрузки содержимого страницы);
}
установить бит доступности страницы;
сбросить бит модификации и "возраст" страницы;
пересчитать приоритет процесса;
out:
снять блокировку с области;
}
Рисунок 9.21. Алгоритм обработки отказа из-за отсутствия (недоступности) данных
При обработке отказов из-за недоступности данных ядро не всегда прибегает к выполнению операции ввода-вывода, даже когда из дескриптора дискового блока видно, что страница загружена (в случае 2). Может случиться так, что ядро после выгрузки содержимого физической страницы так и не переприсвоило ее или же какой-то иной процесс в результате отказа загрузил содержимое виртуальной страницы в другую физическую страницу. В любом случае программа обработки отказа обнаруживает страницу в кэше, в качестве ключа используя номер блока в дескрипторе дискового блока. Она перенастраивает соответствующую запись в таблице страниц на только что найденную страницу, увеличивает значение счетчика ссылок на страницу и в случае необходимости убирает страницу из списка свободных страниц. Предположим, к примеру, что процесс получил отказ при обращении к виртуальному адресу 64К (Рисунок 9.22). Просматривая кэш, ядро устанавливает, что страничный блок с номером 1861 связан с дисковым блоком 1206. Ядро перенастраивает запись таблицы страниц с виртуальным адресом 64К на страницу с номером 1861, устанавливает бит доступности и передает управление программе обработки отказа. Таким образом, номер дискового блока связывает вместе записи таблицы страниц и таблицы pfdata, чем и объясняется его запоминание в обеих таблицах.
Рисунок 9.22. Иллюстрация к отказу из-за недоступности данных
Как и ядру, программе обработки отказа не нужно считывать страницу в память, если какой-то иной процесс уже получил отказ по той же самой странице, но еще не полностью загрузил ее. Программа находит область с записью таблицы страниц, которую она уже ранее заблокировала. Она дожидается, пока будет закончен цикл обработки предыдущего отказа, после чего обнаруживает, что страница стала доступной, и завершает свою работу. Эта процедура прослеживается на Рисунке 9.24.
Рисунок 9.23. Результат загрузки страницы в память
Рисунок 9.24. Два отказа на одной странице
Если копия страницы находится не на устройстве выгрузки, а в исполняемом файле (случай 3), ядро загружает страницу из файла. Программа обработки отказа обращается к дескриптору дискового блока, ищет соответствующий номер логического блока внутри файла, содержащего страницу, и индекс, ассоциированный с записью таблицы областей. Номер логического блока используется программой в качестве смещения внутри списка номеров дисковых блоков, присоединенного к индексу во время выполнения функции exec. По номеру блока на диске программа считывает страницу в память. Так, например, дескриптор дискового блока, связанный с виртуальным адресом 1К, показывает, что содержимое страницы располагается в исполняемом файле, внутри логического блока с номером 3 (см. Рисунок 9.22).
