Операционная система Microsoft Windows 3.1 для программиста

2.2. Память в различных режимах работы Windows

В зависимости от режима работы (стандартный или расширенный) операционная система Windows использует то или иное распределение памяти. В любом случае процессор работает в защищенном режиме.

Операционная система Windows версии 3.0 могла работать и в реальном режиме (для чего ее надо было запускать с параметром /r), однако версия 3.1 этот режим больше не поддерживает.

Сетевой вариант операционной системы Windows — Windows for Workgroups версии 3.11 работает только в расширенном режиме.

Стандартный режим работы

Для работы Windows версии 3.1 в стандартном режиме в компьютере должен быть установлен процессор 80286 или 80386, а также не менее 1-2 Мбайт оперативной памяти.

В стандартном режиме работы всю память можно разделить на стандартную, расположенную в пределах первого мегабайта физического адресного пространства, и расширенную, расположенную выше.

В пределах первых 640 Кбайт стандартной памяти находится операционная система MS-DOS, драйверы и резидентные программы, запущенные до загрузки Windows.

В стандартном режиме Windows версии 3.1 не может адресовать более 16 Мбайт памяти. Такое ограничение накладывается схемой адресации процессора 80286. Даже если вы запустили Windows в стандартном режиме на процессоре 80386, указанное ограничение продолжает действовать, так как в этом случае процессор 80386 будет работать с памятью как его предшественник, процессор 80286.

Расширенный режим работы

Расширенный режим работы Windows доступен в том случае, если в компьютере установлен процессор 80386, 80486, Pentium, и имеется по крайней мере 2 Мбайт расширенной оперативной памяти.

В расширенном режиме включается механизм виртуальной памяти, позволяющий теоретически адресовать до 512 Мбайт памяти. При этом в Windows версии 3.1 можно использовать до 256 Мбайт физической оперативной памяти и создать файл виртуальной памяти размером до 256 Мбайт.

Схема адресации памяти процессора 80386 накладывает ограничение на количество дескрипторов в глобальной и локальной таблице дескрипторов — можно создать не более 8192 дескрипторов в каждой из таблиц. Так как все приложения Windows версии 3.1 используют одну общую локальную таблицу дескрипторов, всего для приложений Windows можно создать не более 8192 дескриптора, описывающих сегменты размером до 64 Кбайт. Однако реально создаются сегменты меньшего размера, поэтому Windows не позволяет приложениям использовать все 512 Мбайт памяти.

Сегодня такие требования к объему оперативной памяти могут показаться излишними. Однако не так давно память объемом 1024 Кбайт (т. е. целый мегабайт!) удовлетворяла всех (или почти всех) пользователей персонального компьютера IMB PC. С широким внедрением персональных компьютеров в область обработки видеоинформации (в том числе в реальном времени) требования к объему оперативной памяти и быстродействию всех системы существенно возрастают. В любом случае уже сейчас многие приложения Windows соглашаются работать только в расширенном режиме.

Глобальная и локальная область памяти

Свободное пространство в области стандартной памяти и расширенная память используются операционной системой Windows. Она как бы объединяет всю свободную память в одну глобальную область памяти (global heap ) и использует эту область для себя и для запуска приложений Windows.

Помимо глобальной области памяти, для каждого приложения Windows выделяется собственная локальная область памяти (local heap ). Размер этой области ограничен величиной 64 Кбайт. Если для приложения требуются блоки памяти большего размера, оно может их получить из глобальной области памяти

На практике глобальная память используется всегда, когда приложению требуется блок памяти размером, большим чем несколько Кбайт.

Типы сегментов

В операционной системе MS-DOS с точки зрения процессора все сегменты памяти были одинаковыми. Деление их на сегменты кода и сегменты данных достаточно условное, так как в MS-DOS нет никаких препятствий для того чтобы загрузить в CS:IP адрес любого сегмента, например, сегмента данных программы. Точно также программа могла выполнять любые операции в своем (или чужом) сегменте кода, или в сегменте, который принадлежит операционной системе. Так как в MS-DOS одновременно может работать только одна программа, вся оперативная память отдается ей в полное распоряжение.

В мультизадачной операционной системе Windows память используется одновременно многими приложениями. Схема адресации защищенного режима эффективно защищает ядро Windows от приложений и позволяет в расширенном режиме увеличить размер глобальной области памяти за счет механизма виртуальной памяти.

Однако для приложений нужны блоки памяти, занимающие непрерывное адресное пространство. Если в мультизадачной операционной системе не принимать никаких мер для уменьшения фрагментации адресного пространства, при интенсивной работе приложений очень скоро приложения не смогут получить непрерывный блок памяти даже при достаточном общем объеме свободной памяти.

К счастью, операционная система Windows умеет объединять свободные блоки памяти, используя механизм перемещаемых (moveable ) и удаляемых (discardable ) сегментов.

Операционная система Windows версии 3.0 могла работать как в реальном, так и в защищенном режиме. Перемещение блоков памяти в реальном режиме работы процессора представляет собой нетривиальную задачу, так как необходимо обеспечить работу приложения с блоками памяти, логический адрес которых может произвольно изменяться операционной системой в процессе перемещения. Эта проблема решалась с помощью двухступенчатой схемы получения доступа к блоку памяти.

Согласно этой схеме на первом шаге получения доступа приложение заказывает для себя блок памяти, расположенный в фиксированном или перемещаемом сегменте. Фиксированный (fixed ) сегмент имеет постоянный логический адрес и не никогда не перемещается в адресном пространстве. Если ваше приложение заказывает для себя память при помощи функции malloc , она получает память в фиксированном сегменте.

Блок памяти, расположенный в перемещаемом сегменте, не имеет постоянного логического адреса. При создании этот блок получает идентификатор, который и используется для ссылки. Windows может в любой момент времени переместить его в любое место адресного пространства для объединения свободных блоков памяти.

Вы можете спросить, а как же пользоваться перемещаемым блоком памяти, не имеющим постоянного адреса?

Очень просто, на втором шаге непосредственно перед использованием перемещаемый блок памяти необходимо зафиксировать, вызвав специальную функцию из программного интерфейса Windows.

После использования блок памяти следует расфиксировать, для того чтобы Windows могла его перемещать.

В защищенном режиме возможно перемещение зафиксированных блоков памяти, при этом их логический адрес не изменяется. Вместо этого изменяется базовый адрес в локальной таблице дескрипторов. Поэтому перемещение зафиксированных блоков памяти происходит для приложений незаметно. Это обстоятельство значительно упрощает приемы работы с сегментами.

Таким образом, даже если ваше приложение, работающее в защищенном режиме, заказало фиксированный блок памяти, он все равно остается перемещаемым! Поэтому, создавая приложения для Windows версии 3.1 вы можете использовать фиксированные блоки памяти почти без ущерба для эффективности работы системы дефрагментации (так как логический адрес фиксированного блока не изменяется, это может привести к невозможности освобождения непрерывного пространства в таблице дескрипторов, нужного для адресации блоков памяти размером, большим 64 Кбайт).

Если же вам и в самом деле необходимо получить блок памяти с фиксированным линейным адресом, придется вызывать специальную функцию GlobalFix , запрещающую изменение базового адреса в локальной таблице дескрипторов. Кроме того, если нужно обеспечить постоянное присутствие данного сегмента в физической памяти, для такого блока следует отключить механизм страничного обмена, вызвав функцию GlobalPageLock .

Фиксирование линейного адреса и отмена страничного обмена — крайняя мера. Обычные приложения Windows не должны вызывать функции GlobalFix и GlobalPageLock, так как это может привести к снижению производительности работы операционной системы и приложений.

Логический адрес перемещаемого блока памяти, состоящий из селектора и смещения, может произвольно изменяться операционной системой Windows. Для фиксирования блоков памяти в логическом адресном пространстве необходимо использовать функции GlobalLock или LocalLock.

Операционная система Windows версии 3.1 перемещает зафиксированные блоки памяти, изменяя базовый адрес в локальной таблице дескрипторов, поэтому такое перемещение не приводит к изменению логического адреса и незаметно для приложений. Даже если приложение заказывает фиксированный блок памяти, но не вызывает функцию GlobalFix, этот блок памяти будет перемещаемым.

Другой тип сегментов, предусмотренный в Windows, — удаляемые сегменты. В любой момент времени Windows может удалить сегмент из памяти, сохранив, однако, его идентификатор. Память, занимаемая ранее удаляемым сегментом, может быть использована Windows для других приложений.

При попытке зафиксировать удаленный сегмент приложение получает код ошибки. В этом случае приложение должно самостоятельно восстановить содержимое сегмента и затем продолжить свою работу.

В файле определения модуля вы можете указать, что сегмент кода вашего приложения должен быть перемещаемым и удаляемым, а сегмент данных — перемещаемым. Для этого используются параметры moveable и discardable:

В этом случае операционная система может перемещать память приложения и при необходимости удалять сегмент кода неактивного приложения из памяти. Если этот сегмент потребуется вновь, Windows самостоятельно загрузит его из exe-файла приложения.

Как запустить и настроить режимы Windows 10?

Режимы Windows 10 необходимы для удобства и решения проблем с компьютером. Windows 10 имеет 12 режимов, которые помогают пользователю при работе с компьютером. Давайте рассмотрим все режимы Windows 10, их предназначение, и как пользоваться режимами Windows 10.

Режимы Windows 10 – безопасный режим

Эта опция полезна в решении различных задач и проблем, с которыми сталкивается Windows 10. Его применяют для устранения ошибок с драйверами, детектирования и удаления вирусов, включения локального профиля админа, восстановления ОС из резервной копии или средствами загрузчика Windows 10.

Безопасный режим (Safe Mode) Windows 10 имеет несколько подтипов, которые различаются количеством загружаемых драйверов:

1. Минимальный – стандартный функционал с наименьшим каталогом программных компонентов для работы ОС.
2. Другая оболочка – добавление к стандартному набору вызов командной строки, для реализации дополнительных функций системы.
3. Сеть – подключение к «Минимальный» сетевых драйверов для выхода в локальную сеть и интернет.
4. Active Directory – включение в загрузчик контроллера домена Windows, на котором присутствует Active Directory, чтобы восстановить службы каталогов. Опция для ИТ-специалистов.

На скриншоте показаны вариации безопасного режима, которые можно включить при запуске системы, с помощью нажатия клавиши F8 до полной загрузки системы. Все режимы Windows 10 доступны в «Конфигурация системы».

• Нажмите Win+Rи пропишите msconfig;

• Перейдите в раздел «Загрузка».

• Выставите напротив «Безопасный режим» птичку и укажите оболочку.

• Жмите «Применить» и перезагружайте ПК. После перезагрузки автоматически вы войдете в выставленный Safe Mode.

Как отключить режим Windows 10:

• Когда вы находитесь в этой оболочке перейдите в «Конфигурацию системы» аналогичным способом.

• В этой вкладке отмените галочку и жмите «Применить».

• Последующая перезагрузка компьютера произойдет со штатной загрузкой Windows

Если эта опция часто используется для задач, ее реально добавить в список загрузок.

Как запустить безопасный режим Windows 10, чтобы тот появился в разделе «Загрузка»:

• Откройте командную строку с правами админа и вводите поочередно команды. Первая строка покажет Он понадобится в следующей команде.
• Первая строка bcdedit /copy /d “Безопасный режим”
• Вытяните код в текстовый формат, и совместите его с другим кодом.
• Вторая строка bcdedit /set <отобразившийся_GUID>safeboot minimal

• Готово. Теперь здесь появится строка. Здесь же можно выставить таймаут автоматического запуска выставленной по умолчанию системы.

Вопрос, как войти в безопасный режим Windows 10 отпадет сам по себе, поскольку теперь перед загрузкой ОС у вас будет постоянный выбор.

Режимы Windows 10 – отладка

Позволяет проводить расширенную диагностику операционной системы для сисадминов и ИТ-специалистов. Является неотъемлемой частью Safe Mode. Он необходим в случаях, когда компьютер начинает нестабильно работать. С помощью этого режима вы сможете провести проверку компьютера максимально глубоко и исправить проблемы.

Чтобы войти в режим отладки, необходимо при запуске, до появления экрана приветствия, нажать клавишу F8. Альтернативный способ: Открыть меню пуск, зажать клавишу Shift, и не отпуская её выбрать пункт “Перезагрузка компьютера”.

Вы должны попасть на экран “Дополнительные параметры загрузки”. Выберите пункт “Параметры загрузки”, в нем будет доступен режим отладки Windows 10.

Чтобы выбирать пункты, используйте клавиши F1-F9. То есть, чтобы задействовать отладку, необходимо нажать F1.

Внимание! В зависимости от версии Windows 10 меню может немного отличаться.

Пункты меню имеют одинаковую суть. Например, вместо “Поиск и устранение неисправностей” пункт может называться “Диагностика”.

Тестовый режим Windows 10

Если вам нужно протестировать не доведенную до ума программу или драйвер, используйте Тестовый режим Windows 10. В x64 версиях ОС он отключает некоторые ограничения безопасности, тем самым позволяет диагностировать сырой софт в среде Виндовс.

Включить его можно командой в командной строке: bcdedit.exe -set TESTSIGNING ON

Выключить можно аналогичным способом, поменяв значение ON на OFF.

Обязательное условие успешной операции – запуск с правами админа CMD.

Режимы Windows 10 – разработка

Если необходимо установить приложения с разрешением .appx не из Microsoft Store, можно использовать режим разработчика Windows 10. Также, он будет полезен программистам и ИТ-специалистам для решения множественных задач.

Активировать его просто:

• Нажмите Win+Iи зайдите в «Обновление и безопасность».

• Откройте раздел «Для разработчиков», выберите соответствующий пункт.

• Согласитесь с предупреждением.

• Дождитесь окончания активации.

• Перезагрузите ПК, чтобы изменения вступили в силу.

Отключение делается таким же способом, только нужно поставить метку напротив другого пункта «Неопубликованные приложения».

Спящий режим Windows 10

Спящий режим Windows 10 – это особая форма работы системы, во время которой компьютеризированная машина в режиме простоя может существенно сэкономить энергопотребление. Если ПК находится в таком состоянии все его активированные программы сохраняются и будут доступны в том же виде, когда ПК снова запустится.

Включается и отключается опция в одном удобном месте:

• Нажмите Win+I и перейдите в пункт «Система».

• Выберите раздел «Питание и спящий режим».

• Задайте таймер бездействия ПК, при котором тот перейдет в спящий режим.

Если нужно опцию выключить, просто укажите в настойках «Никогда».

Режим гибернации Windows 10

Схожий по концепции с предыдущим, режим гибернации Windows 10. Он тоже направлен на сохранении низкого энергопотребления, но с той лишь разницей, что полностью отключает компьютер.

Если при спящем режиме вся информация из ОЗУ сохраняется в ПЗУ и компьютер потребляет минимальную энергию для работы в этой фазе, то гибернация подразумевает выгрузку всех данных по открытому программному обеспечению на накопитель в файл hiberfil.sys. После этого ПК полностью выключается. Последующая загрузка обращается к файлу гибернации, подтягивает нужные данные, восстанавливая тем самым открытое ПО.

Параметр гибернации по умолчанию скрыт в системе, но его можно открыть:

• Нажмите Win+R и введите powercfg.cpl

• Нажмите «Действие кнопок питания».

• Кликните «Изменение параметров».

• Поставьте птичку напротив «Режим гибернации».

• Сохраните изменения. Теперь данный пункт будет отображаться вместе с остальными, если нажать кнопку выключения или Alt+F

Режимы Windows 10 для чистого запуска

Вернуть операционной системе ее первозданный вид, как будто она только что была установлена на компьютер, поможет опция чистого запуска. Сделать режим чистой загрузки Windows 10 просто:

• Нажмите Win+Rи выполните команду msconfig

• Перейдите в раздел «Cлужбы».

• Кликните «Не отображать службы Виндовс» и жмите «Отключите все».

• Нажмите «Применить», перейдите на вкладку «Автозагрузка» и откройте «Диспетчер задач».

• Здесь отключите автозагрузку всех программ.

• После в «Конфигурация системы» жмите ОК и перезагружайте компьютер.

Вернуть все в прежнее состояния поможет обратная процедура активации программ и служб.

Игровой режим Windows 10

Когда на компьютере запускается игра, Game Mode увеличивает частоту кадров (FPS) за счет уменьшения выделяемых ресурсов для фоновых процессов. Активировать опцию просто:

• Нажмите Win+Iи откройте «Игры».

• Поставьте ползунок в положение «Вкл». Игровое меню по умолчанию открывается сочетанием клавиш Win+G

• Запустите любую игру и нажмите Win+G (или другую комбинацию, если вы ее поменяли).
• Нажмите на шестеренку и напротив пункта «Используйте для этой игры игровой режим» поставьте птичку.

• Закройте параметры, выключите игру и вновь ее активируйте. Теперь эта игра каждый раз будет запускаться с применением данной опции до тех пор, пока вы не отключите ее таким же способом.

Прирост FPS в значительной мере заметен в компьютерах и ноутбуках с дискретной графикой и скромными «не игровыми» характеристиками. Прирост еле заметный или полностью отсутствует на игровых компьютерах с хорошей начинкой.

Существенным прирос может оказаться в том случае, если на компьютере запущенна уйма фоновых процессов и их временно нет возможности полностью деактивировать.

S-режим

Благодаря специальной надстройки ОС, именуемой S-режим, создается оболочка Windows 10, максимально направленная на безопасность пользователя.

Пользоваться в системе разрешено только предустановленным программным обеспечение и программами, что предустановлены в Microsoft Store. Переключится в S-режим с обычной операционной системы нельзя.

ОС с данной надстройкой и соответствующей лицензией устанавливается чистой на компьютер. Обычно, такая лицензия необходима для «рабочих инструментов» корпоративного сегмента.

Отключить S-режим можно, однако при переводе ОС в обычное состояние теряется лицензия Security опции:

• Нажмите Win+Iи откройте раздел «Обновление и безопасность».

• Перейдите в «Активация». Здесь жмите «Переключиться на Windows 10 Home / Pro».
• Далее жмите «Обновить выпуск ОС Windows» либо на пункт «Store» для приобретения лицензии в магазине.
• На страничке магазина жмите «Получить». Получите соответствующее уведомление о возможности установки программ из любых источников.

Режим планшета

Достаточно удобная опция, когда подключаешь телевизор к компьютеру через HDMI и желаешь управлять всеми процессами для настройки и просмотра фильма с помощью мышки.

Также – это незаменимая опция при работе с устройств с сенсорным экраном. Включается и выключается опция очень просто:

1. В правом нижнем углу панели нажмите на иконку уведомлений.
2. Затем кликните «Режим планшета».

Здесь же будет доступна сенсорная клавиатура, которую легко вызывать прямо с панели Пуск.

Режим в самолете

Эта опция становится доступной для компьютеров, оснащенных модулями беспроводной связи Bluetooth и Wi-Fi. Благодаря ей можно в одно мгновение выключить все беспроводные сети:

1. Нажмите Win+A и кликните кнопку «В самолете».
2. Подождите несколько секунд, чтобы все беспроводные сети перешли в выключенное состояние.

Выключив опцию, вы отмените запрет на выключение беспроводных сетей. Если они были включены, то Bluetooth и Wi-Fi продолжат работу.

Режим бога

Секретная папка Виндовс, в которой присутствуют все имеющиеся элементы администрирования ПК в виде списка. Для активации God Mode:

• Под учетной записью администратора создайте папку и переименуйте ее в GodMode. .

• Готово, папка без названия ждет, пока ее откроют.

• Используйте собранные здесь ярлыки для быстрого доступа к параметрам ОС.

Режим восстановления системы в Windows 10

Восстановление системы необходимо, когда компьютер вдруг перестал загружаться. Вы можете откатить Windows 10 до более раннего состояния, когда устройство работало стабильно.

Есть 2 варианта восстановления:

1. С помощью точек восстановления системы.
2. При помощи образа системы.

Если вы отключили создание точек восстановления, то откатиться назад можно только с помощью образа, записанного на установочный диск или загрузочную флешку. Как создавать загрузочную флешку читайте здесь. Инструкция по созданию флешки для Виндовс 8.1, но алгоритм абсолютно идентичен десятке.

После записи образа, вам необходимо вставить флешку в USB разъём компьютера и перезагрузить его. В дальнейшем, следуйте инструкциям на экране.

Если при загрузке компьютер не считывает флешку, то необходимо изменить приоритет загрузки в BIOS.

Заключение

Режимы Windows 10 разрешают операционной системе быть многогранной, приспосабливаться к различным задачам, усиливая позиции в одном направлении и послабляя их в другом. Благодаря таким опциям ОС Windows 10 умеет совмещать комфорт, безопасность и многофункциональность, подстраиваясь под нужды пользователей.