Виды программных модулей

Под модулем, в общем случае, понимают функционально законченный элемент программы, выполненный в соответствии с межмодульными интерфейсами. Модуль имеет средства сопряжения с подобными элементами данной или другой программы и предполагает легкий способ модификации и замены при наличии заданных интерфейсов. Разделение ОС на модули происходит именно по функциональному признаку.

Модули, в особенности системные, могут использоваться как программные ресурсы и могут быть разделены несколькими выполняющимися процессами. Различают привилегированные, непривилегированные и реентерабельные программные модули.

Привилегированные модули, работают в привилегированном режиме при отключенной системе прерываний. Т.е. никакие внешние события не могут прервать работу модуля, и он непрерывно выполняется от начала до конца. Такой модуль может выступать как попеременно разделяемый ресурс. Структура привилегированного модуля приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Структура привилегированного модуля

Непривилегированные модули – это обычные программные модули, которые могут быть прерваны во время своей работы. В общем случае их нельзя считать разделяемыми, поскольку после прерывания его в рамках одного вычислительного процесса и вызова его вновь из другого процесса, промежуточные результаты прерванных вычислений могут быть утеряны.

Реентерабельные (reenterable) – повторно прерываемые модули допускают повторное многократное прерывание своего исполнения и повторный запуск из других процессов.

На рис. 3.2 приведен пример использования реентерабельного модуля В процессами А и С. Опишем состояние процессов в каждый из моментов времени Т1-Т6:

Т 1 – модуль А обращается к модулю В;

Т 2 – при выполнении модуля В, поступил запрос на прерывание от внешнего устройства (модуля С). Приоритет у процесса С выше, чем у А и В, поэтому модуль В временно прекращает свою работу и управление передается модулю С для обработки поступившего запроса;

Т 3 – во время работы модуль С обратился к модулю В;

Т 4 – модуль С получает результат своего запроса от модуля В;

Т 5 – завершается обслуживание внешнего устройства и управление передается модулю В. Далее модуль В завершает процесс, инициированный модулем А, используя значения переменных, сохраненных в момент прерывания Т 2;

Т 6 – модуль В завершает свою работу и результат передается модулю А.

Рис. 3.2. Использование реентерабельного модуля В процессами А и С

Принцип реентерабельности достигается за счет отделения кода программы от данных. При каждом обращении к модулю ему выделяется новая область памяти под данные. Выделение памяти может реализовано 2 способами: статическим и динамическим. Структура реентерабельного модуля при наиболее распространенном динамическом способе выделения памяти приведена на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Структура реентерабельного модуля

В головной части реентерабельного модуля из системной привилегированной секции осуществляется запрос на получение в системной области памяти блока ячеек, необходимого для размещения всех текущих данных. При этом на вершину стека помещается указатель на начало области данных и ее объем. В этой системной области памяти располагаются текущие переменные реентерабельного модуля.

В конце привилегированной секции система прерываний включается, поэтому работа центральной (основной) части реентерабельного модуля может быть прервана. Если прерывания не было, то в третьей секции модуля осуществляется запрос на освобождение использованного блока системной памяти. Если же во время работы центральной секции возникает прерывание и к этому же реентерабельному модулю обращается другой процесс, то для нового процесса заказывается новый блок памяти и системной области памяти. На вершину стека записывается новый указатель. Возможно многократное повторное вхождение в реентерабельный модуль до тех пор, пока в соответствующей системной области памяти есть место.

При статическом способе выделения памяти для фиксированного числа процессов заранее резервируются области памяти для хранения переменных реентерабельных модулей: для каждого процесса – своя область памяти. Чаще всего в качестве таких процессов выступают процессы ввода/вывода и речь идет о реентерабельных драйверах, управляющих параллельно несколькими однотипными устройствами.

Кроме реентерабельных существуют еще и повторно входимые модули (reentrance). Повторно входимые модули состоят из привилегированных секций и повторное обращение к ним возможно только после завершения работы какой-нибудь из секций. Т.е. в таких модулях четко определены все допустимые точки входа для прерывания модуля. Повторно входимые модули встречаются чаще, чем реентерабельные.