Управление реальной памятью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Управление реальной памятью

1. Общие вопросы управления памятью

Память -- самый дорогой и часто используемый ресурс. Поскольку память - ресурс, необходимо решать ряд задач по ее обслуживанию. Это все определяется разными стратегиями управления памяти.

Одна из возможных стратегий та, которая сама требует минимума памяти. FCFS - вся память целиком одному пользовательскому процессу. Эта стратегия называется простое непрерывное распределение. Но неприменимо при многопрограммном режиме, при котором достигается максимальная загрузка ЦП и ПУ. В этом случае ОЗУ для одновременного размещения нескольких программ, как правило, нужно увеличить. При этом улучшается эффективность использования памяти (скорость роста ОЗУ).

Проблемы:

защита (выход индекса за пределы массива)

определение размера и числа разделов: и реальный вариант - 2 задачи: чисто вычислительные (ЦП) и обменные (ПУ).

Для хорошей загрузки ЦП и ПУ необходимо иметь 4-5 задач.

память управление распределение

2. Разделы памяти с фиксированными границами

Количество, размеры и границы разделов фиксированы.

Достоинство: самый простой способ (из многозадачных).

Недостатки:

Очень важен вопрос выбора количества и размеров разделов. С одной стороны разделы должны иметь достаточный размер для размещений больших задач. Причем количество их должно быть достаточно, чтобы не задерживать большие задания. С другой стороны это приводит к неэффективному использованию памяти при большом числе мелких задач.

Существуют потери памяти, т.к обычно задача не занимает весь раздел. Может быть свободной памяти достаточно для размещения следующей задачи, но она раздроблена. Такое дробление ресурса на части называют фрагментацией.

Проблема выбора времени связывания. Каждая программа может связываться с конкретным разделом на этапе трансляции: просто, но неудобно для пользователя.

Проблема выбора раздела при размещении задачи.

Разделы памяти с применяющимися границами.

Пример такой стратегии -- MFT OS/360.

3. Разделы памяти с изменяющимися границами

Разделы выделяются по мере необходимости и с размером соответствующим заданиям.

Эта стратегия может частично решить проблему фрагментации и увеличить пропускную способность ОС, причем при начальной загрузке фрагментация отсутствует, но со временем она тоже выступает, но она меньше чем в случае фиксированных границ т. к. объединяет рядом расположенные свободные области.

Недостатки:

ОС проделывает огромную работу, чем в предыдущем пункте т. к. ей нужно хранить границы всех разделов, их статус и т.д..

Так как и в предыдущем пункте существует проблема выбора раздела - выбор первого подходящего и выбор наиболее подходящего. В первом случае это просто, но увеличивает фрагментацию, второй - наиболее подходящий - из всех свободных размеров выбирает меньший, в который задача помещается. Это более сложно и требует больших системных ресурсов.

Достоинство: в этой стратегии не надо заранее выбирать число и размеры разделов. Эта стратегия является локальной оптимизацией по фрагментации.

4. Перемещаемые разделы

В двух предыдущих случаях из-за фрагментации свободной памяти в сумме может хватить для следующего задания, но это не происходит. Поэтому идея: перемещать свободную память в конец памяти, в результате вся свободная память собирается в один блок.

Такая технология считается средством глобальной оптимизации, т. к. производится с учетом всех заданий и в любой момент времени.

Достоинство: самая оптимальная стратегия использования памяти.

Недостатки: проблема переносимости кода. Для подстройки абсолютных адресов можно использовать таблицу подстройки загрузчика, но ее надо иметь под рукой, что плохо. А кроме того программа может сама себя передвинуть, и выйти из синхронизации с этой таблицы. Поэтому необходима аппаратная поддержка.

Для этих целей используется регистр перемещения (РП). Он устанавливается ОС и содержит начальный адрес активной программы.

При выполнении любого адреса операции с абсолютной адресацией значение регистра перемещения складывается с адресом в поле команды.

РП изменяется ОС и не доступен пользователю. При контекстном переключении его значение автоматически сохраняется и восстанавливается. А при перемещении программы в другое место корректируется.

Достоинства:

Простота настройки абсолютных адресов.

Не использование РП приводит к эффекту загрузки программы с адреса 0000 - это исключает необходимость использования перемещаемого загрузчика.

Недостатки:

Усложнения аппаратуры.

Большие системные затраты по копированию разделов в новое место. Иногда перед переносом разделов лучше проверить освободившиеся разделы на возможность размещения в него задания. Иногда выгоднее подождать, когда освободится требуемый раздел, чем переносить.

5. Защита памяти

Вне зависимости от способа выделения памяти ОС должна обеспечить ее защиту. Чаще всего задачи максимально изолируются друг от друга для исключения взаимного влияния (разделы одного задания недоступны для другого). Но некоторые из разделов с общими системными ресурсами могут иметь атрибут только для чтения или только для выполнения. Некоторые ОС позволяют читать всю память а записывать только в свой раздел. Наиболее часто используется контекстная защита.

Рассмотрим 2 случая:

Защита при помощи граничных регистров(ГР).

При любой операции значение исполнительного адреса сравнивается со значением граничных регистров. Если адрес попадает между граничных регистров команда выполняется, иначе программное прерывание.

Сравнивание происходит аппаратно. При контекстном переключении значения ГР автоматически сохраняется и восстанавливается. Недоступны для пользователя и устанавливаются ОС.

Достоинство: Простой и понятный механизм.

Недостатки: невозможность выделения одной задачи нескольких смежных разделов памяти.

Защита по ключу.

Каждому разделу памяти ставится в соответствие ключ защиты. Чаще всего это ячейка в памяти. В этот ключ заносится значение ID из поля PSW.

При выделении раздела процессу ОС при помощи привилегированной команды заносит ключ значения ID в SK.

При каждой адресной операции происходит аппаратное сравнение ключа раздела со значением ID в PSW. Если не совпадают - программное прерывание. В режиме диспетчера эта проверка не выполняется.

Достоинство: возможность выделения нескольких разделов одному процессу.

Недостатки: более сложен и потребляет больше ресурсов(ОЗУ - для хранения ключей).

Размещено на Allbest.ru