Windows CE

1. 12.4.2006 Windows CE Muistinhallinta ja ajanjakomenetelmät Tomi Paananen Mikko Kosonen

2. Windows CE • 32-bittinen reaaliaikainen käyttöjärjestelmä • suunniteltu laajan skaalan pienlaitteille • toimii pienillä resursseilla • ei johdettu muista käyttöjärjestelmistä • yleispätevä alusta, helppo laajentaa

3. Kehitys • ensimmäinen versio julkaistiin 1996 • alun perin suunniteltu juuri PDA-laitteille • sittemmin levinnyt myös teollisuuteen, älypuhelimiin… • tuorein PDA-laitteille suunnattu CE-järjestelmä: Windows Mobile 5.0

4. Windows CE -kehityshistoria

5. Arkkitehtuuri

6. Arkkitehtuuri • nelitasoinen • laite-, OEM-, kj-, sovellustaso • OEM-taso hoitaa kommunikoinnin laitteiston ja käyttöjärjestelmän välillä • kj-tasolla laitteiden, verkkojen, muistien, prosessien ym. hallinta • sovellustaso käyttäjälle näkyvin taso

7. Muistinhallinta • CE-pohjaisten laitteiden RAM-muisti jaettu kahteen osaan: • oliomuisti (object store) • virtuaalinen RAM-levy • verrattavissa PC-koneen kovalevyyn • ohjelmamuisti (program memory) • kuten RAM-muisti PC-koneessa • varattu sovellusten dynaamisiin muistitarpeisiin

8. Virtuaalimuistijärjestelmä • virtuaalimuistin avulla järjestelmässä näennäisesti enemmän muistia • toimintaperiaate CE:ssä sama kuin tavallisissa Windows-järjestelmissä • CE suorittaa muistikuvauksen loogisista osoitteista fyysiseen muistiin

9. Muistikuvaus (memory mapping)

10. Virtuaaliosoiteavaruus (virtual address space) • avaruus on kooltaan neljä gigatavua, jotka jakautuvat seuraavasti: • 33 kappaletta 32 megatavun osioita prosesseille • sisältävät koodin, DLL-kirjastot, pinot, keot ja virtuaalimuistivaraukset • ydin (kernel), virtuaaliosoitteet: 2 gigatavua • loppuosa jaettua muistia

11. Sivutus • kuten tavalliset Windows-järjestelmät, myös CE käsittelee ohjelmia sivuina • sivun koko on joko 1024 tai 4096 tavua • CE pitää sivujen tilasta kirjaa: • vapaa (free) sivu on varattavissa mille tahansa sovellukselle • sovellus omistaa varatun (reserved) sivun, mutta sitä ei ole kuvattu fyysiseen muistiin • käytössä oleva committed-sivu on kuvattu fyysiseen muistiin ja on ajossa

12. Keot ja pinot • prosesseilla ja säikeillä eri tietorakenteet • CE luo • prosessille keon (heap) • säikeelle (thread) pinon (stack)

13. Keko (heap) • puurakenteisiin perustuva tietorakenne • sovellus varaa/vapauttaa muistia keosta yhden tai neljän tavun osissa • CE tukee ainoastaan ei-siirrettävien lohkojen varaamista keossa • yksinkertaistaa hallintaa • johtaa sisäiseen pirstoutumiseen

14. Keko (heap) • kj luo oletuskeon prosessille • sovellus voi luoda erillisiä kekoja • keino välttää oletuskeon pirstoutumista • CE käyttää linkitettyä listaa keon osille • keon varauksessa käytetään first-fit-algoritmia • suosii pieniä varauksia

15. Pino (stack) • pino perustuu last in first out –periaatteeseen • pinoon varastoidaan funktioissa viitattuja muuttujia • kernel varaa tilan uusien säikeiden pinoille • pinon arkkitehtuuri on suoritinriippuvainen • oletuspinotilarajoitus (default stack limit) 64 kt • kaksi kilotavua varattu ylivuodon hallintaan

16. Ajanjako (scheduling) • Tarkoittaa käyttöjärjestelmien tapaa jakaa aikaa prosessien suorittamiselle prosessorissa. • Käyttöjärjestelmän jouhevuus riippuu hyvin paljon ajanjaon toteutuksesta. • Tärkeä osa-alue reaaliaikaisuutta tavoittelevien käyttöjärjestelmien suunnittelussa.

17. Ajanjaon tasot • 3 tasoa: Long-term, mid-term ja short-term –ajanjakaja. • Long-term –ajanjakaja päättää mitkä prosessit lisätään suoritettavien jonoon. • Mid-term –ajanjakaja siirtää väliaikaisesti prosesseja päämuistista sekundääriseen muistiin kuten esim. kovalevylle. • Short-term –ajanjakaja päättää mitkä valmiustilassa olevat prosessit siirretään prosessorin työstettäväksi seuraavaksi.

18. Keskeytymätön ja keskeyttävä ajanjako • Keskeytymätön (nonpreemptive) ajanjako tarkoittaa prosessia, jota ei voida keskeyttää kun se kerran on saanut suoritinaikaa. • Keskeyttävässä (preemptive) ajanjaossa prosessi on mahdollista syrjäyttää kesken suorituksen ja siirtää pois suorittimelta

19. Prioriteetit • Prosessien tärkeyden kuvaamiseen. • Kertoo, missä järjestyksessä ja kuinka nopeasti kj:n halutaan suorittavan prosessit. • Staattinen prioriteetti: muuttumaton, tarvitsee vähän kirjanpitoa, ei sopeudu ympäristön muutoksiin. • Dynaaminen prioriteetti: muuttuva, vaatii runsaasti kirjanpitoa, kykenee mukautumaan järjestelmän muutosten mukaan.

20. Prosessien ja säikeiden hallinta Windows CE:ssä • Windows CE mahdollistaa 32 eri prosessin ajamisen samanaikaisesti. • Säie on itsenäinen prosessin osa, jolle kj jakaa prosessoriaikaa • Säikeiden määrää rajoittaa käytettävissä olevien järjestelmän resurssien määrä.

21. Windows CE:n prioriteettitasot • 256 prioriteettitasoa, joista 8 alinta vastaavat Windowsin Win32-rajapinnan tarjoamia prioriteetteja. • Ylimmät 248 tasoa on varattu järjestelmälle sekä OEM-käyttöä varten. • Prioriteettitasojen määrittelyyn: CeSetThreadPriority ja CeGetThreadPriority. • Säikeiden prioriteetit vakioita.

22. Windows CE:n 8 alinta prioriteetti tasoa

23. Ajanjako Windows CE:ssä • Perustuu säikeiden prioriteetteihin. • Toteutettu FIFO-jonoon perustuvalla round robin-periaatteella. • Kvantin tai aikaviipaleen oletusarvo 25 millisekuntia ja maksimiaika 100 millisekuntia

24. Round robin