Слайд 3Функции ОС по управлению памятью в мультипрограммной системе
отслеживание свободной
и занятой памяти,
выделение памяти процессам и освобождение памяти по завершении
процессов,
недостаток объема оперативной памяти,
фрагментация,
настройка адресов программы на конкретную область физической памяти,
защита памяти.
Слайд 4Типы адресов
Символьное адресное пространство – совокупность всех допустимых идентификаторов переменных
Логическое
адресное пространство – совокупность всех допустимых адресов, с которыми работает
процессор.
Физическое адресное пространство – совокупность всех доступных физических адресов в вычислительной системе
Слайд 5Однопрограммная вычислительная система
ОС
ОС
0
Процесс
пользователя
Процесс
пользователя
Слайд 7Схема
с фиксированными разделами
ОС
0
Раздел 1
Раздел 2
Раздел 3
Задание 1
Задание 2
Задание 3
Задание
4
Очередь заданий
Процесс 1
Процесс 2
Процесс 3
Слайд 8Распределение памяти фиксированными разделами
Память разбивается на несколько областей фиксированной
величины, называемых разделами.
Очередной новый процесс, поступивший на выполнение, помещается
в очередь к некоторому разделу.
Слайд 9Преимущество: простота реализации.
Недостаток: жесткость, в каждом разделе может выполняться только
один процесс.
Применялся в ранних мультипрограммных ОС.
Слайд 10Внутренняя фрагментация
ОС
0
Раздел 1
Раздел 2
Раздел 3
Процесс 1
Процесс 2
Процесс 3
Внутренняя фрагментация –
«потеря» части памяти, выделенной процессу, но не используемой им
Слайд 11Способы организации больших программ
Оверлейная структура
Программа разбивается на несколько частей. Постоянно
в памяти находится только загрузчик оверлеев, небольшое количество общих данных
и процедур, а части загружаются по очереди
Динамическая загрузка процедур
Процедуры загружаются в память только по мере необходимости, после обращения к ним
Слайд 12Распределение памяти динамическими разделами
Слайд 13 Функции операционной системы
Ведение таблиц свободных и занятых областей.
Анализ требований
к памяти, просмотр таблицы свободных областей и выбор раздела, размер
которого достаточен для размещения кодов и данных нового процесса.
Загрузка программы в выделенный ей раздел и корректировка таблиц свободных и занятых областей.
После завершения процесса корректировка таблиц свободных и занятых областей.
Слайд 14Выбор раздела может осуществляться по разным правилам:
Первый подходящий (first-fit).
Процесс размещается в первое подходящее по размеру пустое место.
Наиболее подходящий
(best-fit). Процесс размещается в наименьшее подходящее по размеру пустое место.
Наименее подходящий (worst-fit). Процесс размещается в наибольшее пустое место.
Слайд 15Схема с динамическими разделами
ОС
0
200
1000
Очередь заданий
P1
время 10
400
700
P3
время 20
950
P4
время 8
650
Слайд 16Внешняя фрагментация – невозможность использования памяти, неиспользуемой процессами, из-за ее
раздробленности
Возможна и внутренняя фрагментация при почти полном заполнении процессом пустого
фрагмента
Слайд 17Перемещаемые разделы
Для устранения фрагментации все занятые участки перемещаются в сторону
старших или младших адресов, так, чтобы вся свободная память образовала
единую свободную область
Слайд 18Распределение памяти перемещаемыми разделами
Слайд 19Свопинг и виртуальная память
Виртуализация решает следующие задачи:
размещение данных
в запоминающих устройствах разного типа;
выбор образов процессов или
их частей для перемещения из оперативной памяти на диск и обратно;
перемещение по мере необходимости данных между памятью и диском;
преобразование виртуальных адресов в физические.
Слайд 20Подходы к организации виртуальной памяти:
свопинг (swapping) — образы процессов
выгружаются на диск и возвращаются в оперативную память целиком;
виртуальная
память (virtual memory) — между оперативной памятью и диском перемещаются части (сегменты, страницы и т. п.) образов процессов.
Слайд 21Способы реализации виртуальной памяти:
1. Страничная виртуальная память – организует перемещение
данных между ОП и диском страницами – частями виртуального адресного
пространства фиксированного и сравнительно небольшого размера.
Слайд 22Страничная организация виртуальной памяти
Виртуальное адресное пространство процесса 1
Виртуальное адресное пространство
процесса 2
Виртуальные страницы
Виртуальные страницы
0
1
2
.
.
k
n
0
1
2
Таблица страниц процесса 1
Nф.с.
P
A
D
W
P
A
Таблица страниц процесса 2
Nф.с.
D
W
Магнитный
диск
Физическая память
0123456789 . . . .
01234
5
ВП
ВП
9
2
Страничный обмен
1
1
1
0
Стр. 4 процесса 1
Стр. 3 процесса 1
01234
3
Стр. 1 процесса 2
Стр. 0 процесса 1
1
0
0
1
Слайд 23Виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на части одинакового, фиксированного
для данной системы размера, называемые виртуальными страницами.
Вся оперативная память также
делится на части такого же размера, называемые физическими страницами.
Слайд 24При создании процесса ОС загружает в оперативную память несколько его
виртуальных страниц (начальные страницы кодового сегмента и сегмента данных). Копия
всего виртуального адресного пространства процесса находится на диске. Смежные виртуальные страницы не обязательно располагаются в смежных физических страницах.
Для каждого процесса операционная система создает таблицу страниц – информационную структуру, содержащую записи обо всех виртуальных страницах процесса.
Слайд 25Запись таблицы включает:
номер физической страницы, в которую загружена данная
виртуальная страница;
признак присутствия, устанавливаемый в единицу, если виртуальная страница находится
в оперативной памяти;
признак модификации страницы, который устанавливается в единицу всякий раз, когда производится запись по адресу, относящемуся к данной странице;
признак обращения к странице, называемый также битом доступа, который устанавливается в единицу при каждом обращении по адресу, относящемуся к данной странице.
Слайд 26Способы реализации виртуальной памяти:
2. Сегментная память
Сегментная виртуальная память предусматривает перемещение
данных сегментами – частями виртуального адресного пространства произвольного размера, полученного
с учетом смыслового значения данных.
Слайд 27Виртуальный адрес
Номер сегмента - N
Смещение - S
+
Физический адрес
Таблица сегментов
Базовый адрес
Размер
Управляющая
информация
Управляющая информация:
P – присутствие; M – модификация; U – использование; Sh – разделение; S – защита.
Слайд 28При загрузке процесса в оперативную память помещается только часть его
сегментов, полная копия виртуального адресного пространства находится в дисковой памяти.
Для каждого загружаемого сегмента ОС отводит непрерывный участок свободной памяти достаточного размера.
Слайд 29Таблица сегментов
базовый физический адрес начала сегмента в оперативной памяти;
размер сегмента;
правила
доступа к сегменту;
признаки модификации, присутствия и обращения к данному сегменту
и др. информация.
Слайд 30Недостатки сегментной организации
1. Увеличение времени преобразования виртуального адреса в физический.
2. Избыточность перемещаемых данных.
3. Внешняя фрагментация памяти.
Слайд 31Способы реализации виртуальной памяти:
3. Сегментно-страничная виртуальная память использует двухуровневое деление:
виртуальное адресное пространство делится на сегменты, а затем сегменты делятся
на страницы. Единицей перемещения данных является страница.
Слайд 32Сегментно-страничная организация виртуальной памяти
Виртуальный адрес
Указатель на таблицу сегментов
+
+
Программа
Механизм сегментации
Механизм страничной
организации
Основная память
Начальный адрес таблицы сегментов
Номер сегмента
Начальный адрес таблицы страниц
Таблица сегментов
Таблица
страниц
Номер страницы
Номер физ. страницы
Смещение
Смещение
