Керування оперативною пам’яттю
Під пам’яттю розумітимемо ресурс комп’ютера, призначений для зберігання програмного коду і даних. Пам’ять зображають як масив машинних слів або байтів з їхніми адресами. У фон-нейманівській архітектурі комп’ютерних систем процесор вибирає інструкції і дані з пам’яті та може зберігати в ній результати виконання операцій.
Різні види пам’яті організовані в ієрархію. На нижніх рівнях такої ієрархії перебуває дешевша і повільніша пам’ять більшого обсягу, а в міру просування ієрархією нагору пам’ять стає дорожчою і швидшою (а її обсяг стає меншим). Найдешевшим і найповільнішим запам’ятовуючим пристроєм є жорсткий диск комп’ютера. Його називають також допоміжним запам’ятовуючим пристроєм (secondary storage). Швидшою й дорожчою є оперативна пам’ять, що зберігається в мікросхемах пам’яті, встановлених на комп’ютері, - таку пам’ять називатимемо основною пам’яттю (main memory). Ще швидшими засобами зберігання даних є різні кеші процесора, а обсяг цих кешів ще обмеженіший.
Керування пам’яттю в ОС – досить складне завдання. Потрібної за характеристиками пам’яті часто виявляється недостатньо, і щоб це не заважало роботі користувача, необхідно реалізовувати засоби координації різних видів пам’яті. Так, сучасні застосування можуть не вміщатися цілком в основній пам’яті, тоді невикористовуваний код застосування може тимчасово зберігатися на жорсткому диску.
|
|
|
Основи технології віртуальної пам’яті
Спочатку розглянемо передумови введення концепції віртуальної пам’яті. Наведемо найпростіший з можливих способів спільного використання фізичної пам’яті кількома процесами (рис. 8.1).
Рис. 8.1. Спільне використання фізичної пам’яті процесами
За цієї ситуації кожний процес завантажують у свою власну неперервну ділянку фізичної пам’яті, ділянка наступного процесу починається відразу після ділянки попереднього. На рис. 8.1 праворуч позначені адреси фізичної пам’яті, починаючи з яких завантажуються процеси.
Якщо проаналізувати особливості розподілу пам’яті на основі цього підходу, можуть виникнути такі запитання.
· Як виконувати процеси, котрим потрібно більше фізичної пам’яті, ніж встановлено на комп’ютері?
· Що відбудеться, коли процес виконає операцію записування за невірною адресою (наприклад, процес Р2 – за адресою 0х7500)?
· Що робити, коли процесу (наприклад, процесу Р1) буде потрібна додаткова пам’ять під час його виконання?
· Коли процес отримає інформацію про конкретну адресу фізичної пам’яті, що з неї розпочнеться його виконання, і як мають бути перетворені адреси пам’яті, використані в його коді?
|
|
|
· Що робити, коли процесу не потрібна вся пам’ять, видалена для нього?
Пряме завантаження процесів у фізичну пам’ять не дає змогу дати відповіді на ці запитання. Очевидно, що потрібно деякі засоби трансляції пам’яті, які давали б змогу процесам використовувати набори адрес, котрі відрізняються від адрес фізичної пам’яті. Перш ніж розібратися в особливостях цих адрес, коротко зупинимося на особливостях компонування і завантаження програм.
Програма зазвичай перебуває на диску у вигляді двійкового виконуваного файлу, отриманого після компіляції та компонування. Для свого виконання вона має бути завантажена у пам’ять (адресний простір процесу). Сучасні архітектури дають змогу процесам розташовуватися у будь-якому місці фізичної пам’яті, при цьому одна й та сама програма може відповідати різним процесам, завантаженим у різні ділянки пам’яті. Заздалегідь невідомо, в яку ділянку пам’яті буде завантажена програма.
Під час виконання процес звертається до різних адрес, зокрема в разі виклику функції використовують її адресу (це адреса коду), а звертання до глобальної змінної відбувається за адресою пам’яті, призначеною для зберігання значення цієї змінної (це адреса даних).
|
|
|
Програміст у своїй програмі звичайно не використовує адреси пам’яті безпосередньо, замість них вживають символічні імена (функцій, глобальних змінних тощо). Внаслідок компіляції та компонування ці імена прив’язують до переміщуваних адрес (такі адреси задають у відносних одиницях, наприклад «100 байт від початку модуля»). Під час виконання програми переміщувані адреси, своєю чергою, прив’язують до абсолютних адрес у пам’яті. По суті, кожна прив’язка – це відображення одного набору адрес на інший.
До адрес, використовуваних у програмах, ставляться такі вимоги.
· Захист пам’яті. Помилки в адресації, що трапляються в коді процесу, повинні впливати тільки на виконання цього процесу. Коли процес Р2 зробить операцію записування за адресою 0х7500, то він і має бути перерваний за помилкою. Стратегія захисту пам’яті зводиться до того, що для кожного процесу зберігається діапазон коректних адрес, і кожна операція доступу до пам’яті перевіряється на приналежність адреси цьому діапазону.
· Відсутність прив’язання до адрес фізичної пам’яті. Процес має можливість виконуватися незалежно від його місця в пам’яті та від розміру фізичної пам’яті. Адресний простір процесу виділяється як великий статичний набір адрес, при цьому кожна адреса такого набору є переміщуваною. Процесор і апаратне забезпечення повинні мати змогу перетворювати такі адреси у фізичні адреси основної пам’яті (при цьому одна й та сама переміщувана адреса в різний час або для різних процесів може відповідати різним фізичним адресам).
|
|
|
Поняття віртуальної пам’яті
Віртуальна пам’ять – це технологія, в якій вводиться рівень додаткових перетворень між адресами пам’яті, використовуваних процесом, і адресами фізичної пам’яті комп’ютера. Такі перетворення мають забезпечувати захист пам’яті та відсутність прив’язування процесу до адрес фізичної пам’яті.
Завдяки віртуальній пам’яті фізична пам’ять адресного простору процесу може бути фрагментованою, оскільки основний обсяг пам’яті, яку займає процес, більшу частину часу залишається вільним. Є так зване правило «дев’яносто до десяти», або правило локалізації, яке стверджує, що 90% звертань до пам’яті у процесі припадає на 10% його адресного простору. Адреси можна переміщати так, щоб основній пам’яті відповідали тільки ті розділи адресного простору процесу, які справді використовуються у конкретний момент.
При цьому невикористовувані розділи адресного простору можна ставити у відповідність повільнішій пам’яті, наприклад простору на жорсткому диску, а в цей час інші процеси можуть використовувати основну пам’ять, у яку раніше відображалися адреси цих розділів. Коли ж розділ знадобиться, його дані завантажують з диска в основну пам’ять, можливо, замість розділів, які стали непотрібними в конкретний момент (і які, своєю чергою, тепер збережуться на диску). Дані можуть зчитуватися з диска в основну пам’ять під час звертання до них.
У такий спосіб можна значно збільшити розмір адресного простору процесу і забезпечити виконання процесів, що за розміром перевищують основну пам’ять.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 818; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!