Текст книги "Основы AS/400"

Автор книги: Фрэнк Солтис

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 41 страниц)

Характеристики системных объектов

Теперь можем, наконец, перечислить основные характеристики всех системных объектов (некоторые из них мы рассмотрим сейчас, а некоторые —в следующих главах).

Системные объекты должны быть явно созданы командой MI «Create».

Команда «Create» указывает на заданный пользователем шаблон, содержащий атрибуты и данные для объекта. Шаблон содержится в объекте-пространстве.

Атрибуты системного объекта могут быть материализованы.

Системный объект может быть явно удален.

Все системные объекты, встречающиеся в некотором контексте, имеют имена. Системный объект может не иметь имени, если на него нет ссылки в библиотеке или файловой системе. Пример – системный объект, используемый исключительно SLIC.

Адресация системных объектов обеспечивается посредством системных указателей.

Системные объекты содержат пространство, в котором находятся указатели и данные.

Системные объекты создаются либо как временные, либо как постоянные. Постоянный объект (persistence) остается в памяти системы, пока не будет явно уничтожен. Временный объект удаляется при всяком выполнении операции IPL (начальная загрузка).

Временные объекты могут быть помещены в группы доступа – системный объект, позволяющий объединять несколько объектов и работать с ними как с целым.

Права доступа к системным объектам контролируются аппаратно.

Использование объекта синхронизируется посредством механизма замков.

Постоянство объекта (часть характеристики 8) требует некоторых дополнительных пояснений. Итак, постоянный объект продолжает существовать в системе, пока не будет специально уничтожен. Присутствуя в памяти, он может легко использоваться совместно разными пользователями. Именно этим AS/400 сильно отличается от других систем, которые требуют располагать разделяемую или предназначенную для длительного хранения информацию в отдельной файловой системе. Позже мы рассмотрим, как одноуровневая память AS/400 поддерживает постоянство объектов.

В будущем постоянство объектов очень пригодится для поддержки объектно-ориентированных баз данных. Необходимо, чтобы объекты продолжали существовать, и после того, как их создатель ушел со сцены. И здесь уникальные возможности постоянства объектов AS/400 дают ей существенные преимущества перед другими ОС, вынужденными прибегать к хранению постоянных объектов в отдельной файловой системе.

Не каждый объект должен быть постоянным, этот параметр задается при его создании. Постоянные объекты требуют дополнительных расходов, так на всем протяжении своего существования используют системные ресурсы. Пример объекта, который имеет смысл создавать как постоянный – область хранения записей базы данных.

Как уже упоминалось, временные объекты исчезают при каждой загрузке системы. В обычной системе области временной памяти связаны с создавшими их заданиями, не могут разделяться пользователями и исчезают, когда задание завершено. В AS/400 вся память, содержит ли она постоянные или временные объекты, может разделяться пользователями и объекты остаются в системе даже после завершения задания. При разработке AS/400 в качестве некоторого, отличного от завершения задания, момента удаления временных объектов была выбрана загрузка системы. Это оказалось удобным, так как снижает накладные расходы. Например, если бы мы разрушали временную библиотеку задания по завершении последнего, то производительность при исполнении остальных заданий несколько снижалась бы. И мы решили перенести накладные расходы на время выполнения загрузки.

Примером временного объекта может служить индекс области данных, обеспечивающий проекцию базы данных: если он создается для выполнения единственного запроса к базе данных, то нет смысла делать его постоянным. Обратите внимание, что постоянный объект может пережить крах системы, иногда объекты и создаются постоянными только для того, чтобы не потерять их в случае сбоя системы. Напротив, если для восстановления системы ее потребуется перезагрузить, то все временные объекты будут потеряны. Внутренние детали обработки системой временных и постоянных объектов будут объяснены далее.

Программные объекты

До сих пор мы рассматривали только системные объекты и их характеристики. Однако в MI есть другие элементы данных, также называемые объектами, но имеющие очень малое сходство с обычными, что создает еще одну терминологическую проблему.

В главе 4 мы рассмотрели содержимое оригинального шаблона программы MI – последовательность команд и таблицу определения объектов ODT. ODT описывает операнды, используемые программой. В результате неудачного выбора имен проектировщики MI для System/38 называли эти операнды объектами, а точнее программными объектами. Таким образом, двухбайтовое двоичное число считается объектом.

Программные объекты не имеют с системными объектами MI ничего общего, кроме названия. Но так как программный объект очень легко спутать с системным объектом типа «программа», то мы, для простоты, будем с этого момента использовать слово «объект» только для обозначения системных объектов MI.

Внутри системного объекта

Хотя в MI нет концепции памяти, все процессоры AS/400 используют физическую память, включая основную память и диск. Системные объекты, расположенные ниже MI, реализованы как строго определенные структуры, хранящиеся в этой памяти. За создание и управление этими структурами данных отвечает компонент управления объектами в SLIC. Давайте рассмотрим формат этих структур данных и их использование для представления системных объектов MI.

Сегментированная память

Понятия памяти и дискового пространства верны только ниже MI. В отличие от OS/ 400, SLIC «знает» о наличии этой памяти и работает с нею. Вся основная память и дисковое пространство в AS/400 находятся внутри большого единого адресного пространства, обычно, называемого одноуровневой памятью. Объем этой памяти равен общему числу байтов, на которое может ссылаться 64-разрядный адрес8.

Одноуровневая память – это используемая в AS/400 разновидность виртуальной памяти, обеспечивающая логическое представление памяти, которое не обязательно соответствует ее физической структуре. Достаточно представлять себе одноуровневую память как очень большое адресное пространство, внутри которого все и хранится. Различия между обычными системами виртуальной памяти одноуровневой памятью AS/400 описаны в главе 8.

Адресное пространство AS/400 логически разделено на блок последовательных байтов, называемых сегментами. В System/38 и первых AS/400 использовалось два размера сегмента: 64К и 16М. 16-мегабайтный сегмент состоял из 256 сегментов по 64К и иногда назывался сегментной группой. При переходе на 64-разрядную адресацию сегменты меньшего размера были исключены, остался только сегмент размером в 16М.

Сегменты не перекрываются и всегда начинаются с границы. Это означает, что 24 младших (самых правых) бита адреса первого байта каждого сегмента размером 16М всегда равны 0. Каждый 16-мегабайтный сегмент уникально задается 40 старшими (самыми левыми) битами 64-разрядного адреса.

Отображение адресного пространства AS/400 на физическую основную память и диски осуществляется компонентом управления памятью SLIC с помощью блоков памяти по 4К, называемых страницами9. Сегмент состоит из целого числа таких страниц, которые не обязательно расположены в физической памяти последовательно.

Структура системного объекта

На рисунке 5.6 изображен формат системного объекта в одноуровневой памяти. Первые 32 байта содержат заголовок, предоставляющий информацию о самом сегменте. Далее следует заголовок EPA (Encapsulated Program Architecture). ЕРА была создана для спецификации внутренней структуры инкапсулированных объектов System/38, а затем та же внутренняя структура была перенесена в AS/400. Заголовок ЕРА содержит атрибуты (свойства) общие для всех системных объектов, независимо от типа. Заголовок сегмента и заголовок ЕРА вместе занимают первые 256 байтов всякого системного объекта.

⁹System/38 и первые модели AS/400 использовали размер страницы в 512 байтов. Размер страницы был увеличен до 4К при переходе на 64-разрядную RISC-аппаратуру.

⁸Число байтов, адресуемых 64-разрядным числом, настолько велико, что большинство людей не могут соотнести его с чем-либо, что можно «пощупать руками». Когда в AS/400 был 48-разрядный адрес, мы, бывало, говорили, что число адресуемых байтов равно расстоянию от Земли до Солнца и обратно в миллиметрах. Для 64-разрядного адреса нужна какая-то новая аналогия.

Рисунок 5.6. Структура системного объекта

Рисунок 5.6. Структура системного объекта

Каждый тип объекта содержит свойства, присущие только ему: свойства программы уникальны по сравнению с областью данных, и наоборот. Эти индивидуальные свойства содержатся в специфическом заголовке (customized header) объекта, следующем после заголовка ЕРА.

После трех заголовков следуют компоненты, составляющие данный объект: например, за специфическим заголовком программы размещается последовательность команд. Так как все системные объекты имеют пространственную часть, пространственный компонент присутствует всегда. В MI он называется ассоциированным пространством. Конкретный набор компонентов и порядок их следования зависят от типа объекта.

Типов системных объектов слишком много, для того чтобы подробно описывать специфические заголовки и компоненты объектов. Однако некоторые примеры мы рассмотрим.

Многосегментные объекты

Как мы уже говорили, системные объекты занимают один или несколько сегментов и всегда начинаются с границы сегмента. Первый сегмент называется базовым – его имеет каждый объект, и на него всегда ссылается системный указатель. В зависимости от типа объекта, он может занимать один или несколько вторичных сегментов, большинство объектов занимают их ассоциированным пространством. Ни один сегмент не может быть частью более чем одного системного объекта.

На рисунке 5.7 показан системный объект, занимающий два сегмента, при этом системный указатель ссылается на базовый сегмент. Обратите внимание, что у каждого сегмента – свой заголовок. Заголовок сегмента содержит информацию о сегменте, а не о содержащемся в нем объекте. В заголовке сегмента также содержатся адреса, связывающие сегменты друг с другом. Заголовок ЕРА содержится только в базовом сегменте. За заголовком ЕРА, также только в базовом сегменте, следует специфический заголовок объекта.

Рисунок 5.7 Многосегментные объекты

Выделение сегментов происходит при создании системного объекта посредством команды «Create xxx», где «xxx» – тип создаваемого объекта. На рисунке 5.8 показаны исходные параметры и результаты команды «Create» на уровне MI. Эта команда использует пространственный указатель для доступа к шаблону объекта, содержащегося в пространственном объекте. Читателю следует иметь в виду, что команды «Create xxx» MI – это не то же самое, что и команды «CRTxxx» OS/400. Например, команда OS/400 «CRTRPGPGM» должна выполнить ряд предварительных шагов, прежде чем дело дойдет до заключительного прохода компиляции программы – вызова «Create» в MI. Исполнение этой команды на уровне MI приводит к созданию в одноуровневой памяти базового и вторичных сегментов.

Рисунок 5.8 Создание объекта

Для отражения наличия нового объекта обновляются различные справочники, поддерживаемые SLIC. Компоненту управления памятью нужен доступ к сегменту, поэтому выполняется обновление одного из справочников компонента. Если объект создается в библиотеке (аналогичный термин ниже MI – контекст), то туда также нужно внести его имя и местоположение. Если библиотека не задана, то объект помещается в текущую библиотеку задания, вызвавшего команду «Create» (одна библиотека из списка для каждого задания всегда обозначается как текущая). Аналогично, следует обновить профиль пользователя или группы, чтобы обозначить владельца нового объекта. Заключительный этап – создание системного указателя на объект и возвращение его пользователю, запросившему о создании.

Содержимое заголовков

Теперь, после рассмотрения структуры системных объектов и их отображения на сегменты памяти можно перейти к рассмотрению содержимого заголовков сегмента и ЕРА. Как мы видели на рисунке 5.6, заголовок сегмента занимает первые 32 байта каждого сегмента, составляющего системный объект. Заголовок ЕРА присутствует только в базовом сегменте системного объекта.

Заголовок сегмента

Заголовок сегмента содержит следующую информацию:

байт типа;

биты флагов:

существования (постоянный или временный);

авторасширения;

наличия в сегменте тегов;

другие;

число выделенных для него страниц;

адрес базового сегмента объекта;

адрес ассоциированного пространства объекта.

Последние два адреса не следует путать с системным указателем и пространственным указателем на системный объект. Они представляют собой 64-разрядные адреса, используемые SLIC.

Байт типа определяет, что это за сегмент. Есть две категории типов сегментов: входящие в состав объектов MI, и используемые только SLIC ниже MI. Ранее мы говорили только о сегментах для объектов MI. Однако, есть целая категория сегментов для структур данных SLIC, которые не являются частью системных объектов MI. Эти сегменты, в отличие от объектов, не рассматриваются как единое целое.

Мы уже рассмотрели два типа сегментов, входящих в состав системного объекта: базовый и сегмент ассоциированного пространства. Всего же в состав различных системных объектов MI могут входить сегменты более дюжины других типов. О некоторых из них мы поговорим в следующих главах.

Примерно 40 типов сегментов используются только SLIC. Все его элементы, начиная от таблиц управления памятью до рабочей области, используемой транслятором, имеют свои типы сегментов. Обсуждение этих типов сегментов также имеет смысл пока отложить. На данный момент важно лишь то, что эти сегменты существуют, и что они создаются и управляются аналогично сегментам, используемым для системных объектов.

Заголовок сегмента содержит несколько битов флагов, задающих его характеристики. Три наиболее важных флага – существования, авторасширения и наличия тегов. Бит существования указывает, постоянный это сегмент или временный. Постоянный сегмент остается в системе до тех пор, пока не будет явно удален, тогда как временный исчезает при следующей загрузке системы.

При установленном бите авторасширения компонент управления памятью будет распределять сегменту дисковые страницы всякий раз, когда это понадобится. В заголовке сегмента имеется поле, содержащее число дисковых страниц, распределенных для сегмента. Если бит авторасширения сброшен, то сегмент никогда не вырастет сверх своего начального размера. Кстати, в этом случае компонент управления памятью пытается разместить весь сегмент в непрерывной области на диске. Если же бит включен, то сегмент, скорее всего, будет состоять из несмежных страниц диска. Таким образом, отключение данного бита может повысить производительность за счет предварительного распределения всех страниц.

Бит наличия тегов указывает на присутствие в сегменте указателей MI. В главе 2 мы рассматривали расширения архитектуры PowerPC и в том числе и этот специальный бит. Напомню, что он связан с каждым адресом MI (16-байтовым указателем) и предотвращает несанкционированное изменение адреса. Биты тега входят в состав основной памяти AS/400, но не видимы программам MI. При перемещении страницы на диск, компонент управления памятью должен также переместить туда скрытые биты тега. Бит наличия тегов сообщает компоненту управления памятью, придется ли тому выполнять обработку тегов для этого сегмента. Подробнее биты тегов рассматриваются в главе 8.

Два оставшихся поля заголовка сегмента представляют собой адреса: первый – базового сегмента, второй – следующего вторичного сегмента, которым для системного объекта обычно является адрес ассоциированного пространства. Эти два адреса позволяют связать друг с другом сегменты многосегментного объекта.

Обратите внимание, что адреса, используемые ниже MI в заголовках и где-либо еще – 64-разрядные аппаратные. В MI адреса всегда содержатся внутри указателя и занимают 128 бит (16 байтов). Указатели защищают хранящиеся в них адреса от несанкционированного изменения и использования, а также помогают обеспечить независимость MI от технологии. Ниже MI нет ни такой защиты, ни аппаратной независимости. Именно по этой причине все пользователи MI, включая саму OS/400, не допускаются ниже уровня MI.

Заголовок EPA

Заголовок ЕРА содержится в базовом сегменте всякого системного объекта и содержит следующую информацию об объекте:

байт атрибутов:

постоянный ли;

подвешенный ли;

поврежден ли;

присутствует ли группа доступа;

трассируется ли;

участвует ли в транзакции;

идентификация объекта:

тип;

подтип (определяется пользователем);

– имя;

атрибуты пространства:

фиксированной или переменной длины;

начальное заполнение;

размер;

общий размер;

номер версии;

время создания;

адрес профиля пользователя;

адрес контекста;

адрес группы доступа;

адрес специфического заголовка;

другая информация и адреса.

Атрибуты объекта содержатся в начале заголовка ЕРА. Содержимое байта атрибутов проверяется всякий раз, когда системный указатель используется для обращения к объекту. Первый атрибут указывает, является ли объект постоянным или временным. Этот атрибут, значение которого также задано битом существования в заголовке сегмента, повторяется здесь для облегчения проверки.

Биты подвешенности и поврежденности объекта определяют его состояние. Подвешенным считается объект, у которого доступны только заголовки, а содержимого не существует. Предположим, что владелец системного объекта явно удаляет его. Что будет, если кто-либо еще обладает указателем на этот объект и попытается воспользоваться им после того, как объект уничтожен? Он обнаружит подвешенный объект. Система определит, что объект более не существует, и предпримет соответствующие действия.

При разрушении постоянного объекта его адресное пространство повторно не используется, что устраняет необходимость поиска всех указателей на удаленный объект, чтобы пометить их как недействительные. Это снимает также проблемы защиты и целостности, которые возникают в тех случаях, когда на место удаленного объекта распределяется новый, а у какого-нибудь пользователя сохранился указатель на старый объект. В других системах применяются сложные схемы «сборки мусора» для поиска указателей на удаленный объект. В AS/400 это не нужно[ 45 ]45
  Проблема «сборки мусора» изучается многие годы в различных университетах. Над ее решением работало огромное количество дипломников. Так не лучше ли ее просто устранить? Именно такой подход использует AS/400.


[Закрыть]. При этом дисковое пространство, за исключением занятого заголовками удаленного объекта, очищается.

Можно выделить два вида повреждения объекта: жесткое и мягкое. Жесткое означает, что объект невозможно использовать по назначению – он поврежден безвозвратно, его лучше удалить. В случае мягкого повреждения из объекта все же можно извлечь некоторые данные. При обнаружении такого повреждения OS/400 начинает процесс восстановления.

Бит поврежденности используется для индикации проблем с объектами в MI. Один из основных определителей повреждения – компонент управления памятью. Источник повреждений – плохие сектора на диске. Если компонент управления памятью не способен считать сектор, он сообщает об этом установкой бита повреждения.

Другие биты заголовка ЕРА указывают на наличие группового доступа к данному объекту, на выполнение трассировки объекта и участие его в транзакции. Подробнее эти атрибуты будут рассмотрены в главе 6.

Для идентификации объекта в заголовке ЕРА зарезервировано три поля. Одно из них содержит тип объекта, а другое – подтип. Тип объекта – один из типов системных объектов MI. Поле подтипа определяется пользователем, при этом программисты OS/400 рассматриваются как пользователи системных объектов MI. Только для некоторых типов объектов (таких как пользовательское пространство) подтипы могут определяться за пределами Рочестера. Третье поле – поле имени, оно содержит имя объекта в контексте.

Атрибуты пространства указывают, является ли размер пространства постоянным или переменным, каково начальное заполнение пространства (было ли оно очищено или обнулено), а также размер пространства. Поле общего размера объекта содержит размер всех сегментов объекта. Номер версии и время создания позволяют определить, когда был создан объект.

Некоторые поля заголовка ЕРА содержат адреса. Наиболее важны из них: адрес пользовательского профиля владельца и создателя, адрес контекста, содержащего имя объекта, адрес группы доступа (если объект входит в нее), и адрес специфического заголовка объекта. Заголовок ЕРА содержит и другую информацию, а также адреса, используемые компонентами системы, которые еще будут обсуждаться.

Назад к карточке книги "Основы AS/400"