Управление виртуальной памятью

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Управление виртуальной памятью

1. Страничная организация виртуальной памяти

Виртуальным называется ресурс, обладающий свойством, которого в действительности нет.

Например: программа может обращаться к большой виртуальной памяти. Ее объем может значительно превосходить объем реальной памяти и храниться на внешнем ЗУ. При необходимости части виртуальной памяти отображаются на реальную. Программа не знает ничего ни об отображаемой, ни о внешней памяти. Она работает так, будто виртуальная память существует в действительности. Один из общих принципов организации виртуальной памяти -- размещение по запросу.

ВП разделена на страницы фиксированной длины, а реальная память на страничные кадры той же длины. Любая страница может быть загружена в любой кадр. Соответствие записывается в PageMopTable. Существуют различные варианты PMT или может быть одна или сочетание этих способов. Размер таблицы может совпадать с числом страниц или с числом страничных кадров.

Механизм получения реального адреса из виртуального - динамическое преобразование адреса.

Прерывание по отсутствию нужной страницы в памяти - страничное.

Команда, вызывающая его, вызывается повторно. Обработчик страничного прерывания читает отсутствующую страницу в свободный страничный кадр.

При отсутствии свободных страниц одна из них должна быть вытолкнута. При этом, если она модифицировалась, ее надо сохранить на ВЗУ. Признак оптимизации обычно хранится в PMT и устанавливается аппаратно.

При выполнении страничного прерывания выполняются операции I/O длительные по времени, обычно другие прерывания разрешаются.

2. Сегментный способ организации ВП

Сегментация -- управление памятью и информацией.

Сегмент - группа информации, рассматриваемая как единое целое.

Полный адрес состоит из двух частей: имени или номера сегмента и смещения внутри него. C т. з. программиста сегментация имеет преимущества:

Сегмент в отличии от страницы может иметь различный размер, что позволяет хранить в нем логически законченные блоки (процедуры, массив и т. д.). Это дает 2 положительных момента: увеличивается быстродействие за счет локальности ссылок, т. к. переходы внутри процедуры более вероятны, чем за ее пределы, облегчается организация динамической загрузки.

С каждым сегментом можно связать специальный атрибут, дающий права доступа (ПО, только для выполнения ...), защиты кода и данных от случайной порчи. Позволяет делать общие модули, доступные нескольким процессам.

Реализация похожа на страничную с учетом вышесказанного.

Однако существуют недостатки:

Этот способ сложнее страничного т. к. необходимо обрабатывать и хранить много дополнительной информации.

Т. к. физическая память любого сегмента должна быть непрерывной, тут возникает фрагментация памяти.

Максимальный размер сегмента ограничен размером ОЗУ.

виртуальный память сегментация

3. Сегментно-страничная организация виртуальной памяти

Этот способ позволяет избежать нескольких недостатков предыдущих способов, сочетая их достоинства. В этом случае вся память делится на сегменты (произвольной длины), каждый из которых делится на страницы (фиксированной длины).

Каждый сегмент имеет свою PMT.

Достоинства: сегментация может использоваться для организации совместного доступа (через атрибут) и защиты, а страничная устраняет фрагментации и ограничении на максимальный размер сегмента.

Недостатки: Увеличение сложности. Усложняется не только аппаратура и программное обеспечение, в том числе и ОС - их удорожание. Уменьшение быстродействия, т. к. при чтении памяти требуется как минимум 3 обращения к ОЗУ: SMT-PMT-ОЗУ.

Применение специальных видов памяти позволяет сократить эти потери для определения класса программы.

4.Способы увеличения быстродействия ВП

Поскольку физически ВП размещается на ВЗУ, она не может быть такой быстрой как ОЗУ. Существует несколько способов увеличения ее быстродействия:

1) Большое значение имеет стратегия выталкивания страниц. Может быть алгоритм FIFO или случайного выталкивания, метод предписанных приоритетов, но одним из наиболее эффективных является метод выталкивания наименее используемой страницы Least Recently Used - LRU. Одним из вариантов - считать количество обращений и выталкивать страницу с наименьшим числом. Эта информация накапливается в РМТ аппаратно.

В 1966 Биледи доказал, что самый оптимальный алгоритм - ОРТ - выталкивается страница, наименее используемая в будущем. Но он труднореализуем, т.к. неизвестна информация о будущем использовании страниц. Алгоритм LRU использует информацию прошлого и для стацион-ных систем, поведение которых с течением времени не меняется, он является хорошим приближением к ОРТ.

2) схемотехнический способ: всю память перевозить на более быструю элементную базу дорого, поэтому обычно это касается РМТ или SMT. Это может быть использование статической памяти, другой элементной базы (ТТЛ-ТТЛШ-ЭСЛ), использование ассоциативной памяти.

3) Реализация концепции рабочего множества.

Допустим, случается одна подкачка на 100 адресных команд: 99*1мкс+1*10мс=(прибл.)10?(n=4)мкс

Подавляющее число времени уходит зря (“толкотня в памяти”). Приемлимым было бы 1 подкачка на 10000 команд, терялось бы только 50% времени. Может показаться, что это потребует большого числа одновременно загруженных в ОЗУ страниц, но это необязательно, т.к. локальность ссылок - тенденция адресов обращений сгущаться, а не распределять и случайно по всему адресному пространству.

Это происходит из-за таких общих свойств программ, как последующие выполнение команд, компактное кодирование циклов, последующая обработка массивов.

Благодаря локальности ссылок можно достичь приемлемого значения числа одновременно загруженных страниц.

Для разных стратегий график имеет разный масштаб. W - критическая точка.

Уменьшение числа резидентных страниц относительно и вызывает резкий рост количества страничных прерываний (плохо), а увеличение - незначительное уменьшение страничных прерываний.

Поэтому стараются поддерживать в памяти W резидентных страниц.

Рабочее множество процесса - наиболее часто используемые страницы. Рабочее множество нужно постоянно держать в ОЗУ.

Размещено на Allbest.ru