Эволюция видов организации памяти

Эволюция организации памяти осуществлялась от систем реальной памяти, выделяемой в полное распоряжение одного пользователя, до систем виртуальной памяти, сочетающих методы страничной и сегментной организации.

Реальная память. Однопользовательские системы, когда программа должна занимать один сплошной блок ячеек памяти использовались в ОС первого поколения.

Распределение памяти с выделением непрерывного

Операционная система сегмента одному пользователю.

Размер программ, очевидно ограничивается емкостью

имеющейся оперативной памяти, однако существует

Программа возможность выполнения программ, превышающих по

пользователя размеру ОП, благодаря использованию, так называемых,

оверлейных сегментов. Использование оверлейных

сегментов дает возможность размещать в ОП

не всю программу, а только часть, периодически подкачивая

Свободно и откачивая во внешнюю память отдельные модули.

Операционная система

Реализация оверлейной структуры

Часть программы

пользователя, находящаяся

в ОП в течение всего

времени выполнения

Модуль Модуль Модуль

инициализации обработки вывода

Оверлейная область

Мультипрограммные системы с реальной памятью.

Мультипрограммирование с фиксированными разделами характерно для ОС второго поколения, когда основная память разбивается на ряд разделов фиксированной длины, и в каждом разделе размещается одно задание, а ЦП переключается с задания на задание, создавая иллюзию одновременного их выполнения.

Очередь заданий для раздела 1 Операционная система

X1 Y1 Z1 Раздел 1

Очередь заданий для раздела 2

Раздел 2

X2 Y2 Z2

Рис 9. Мультипрограммирование с фиксированными разделами, с трансляцией и загрузкой в абсолютных адресах

Очередь заданий

X Y Z Операционная система

Раздел 1

Задания могут перемещаться в любой

свободный раздел, размер которого это допускает Раздел 2

Рис 10. Мультипрограммирование с фиксированными разделами, с трансляцией и загрузкой перемещаемых модулей

Мультипрограммирование с переменными разделами - если при размещении заданий не нужно соблюдать никаких фиксированных границ - напротив, заданиям предоставлять столько памяти, сколько необходимо.

Задание Х 40К Операционная система

ЗаданиеY 60K

Задание Х 40К

Задание Y 60K

Свободно

Рис 11. Начальное распределение разделов при мультипрограммировании с переменными разделами

Однако и такая организация памяти сопряжена с определенными потерями, которые становятся очевидными, когда задания завершаются, а в основной памяти остаются свободные участки - “дыры”. Эти участки можно использовать для размещения других заданий, однако, все равно будут оставаться “дыры”, хотя и меньшего размера. При размещении новых программ, поступающих в ОП реализуют, как правило одну из трех стратегий:

• стратегия наиболее подходящего, когда задание помещеют в наиболее подходящий по размеру учесток, где остается меньше свободной памяти;

• стратегия первого подходящего, когда задание размещается в первом подходящем по размеру участке;

• стратегия наименее подходящего, когда задание размещают в участке, где остается максимальное свободное пространство, эта абсурдная на первый взгляд стратегия дает возможность в дальнейшем использовать “дыры” максимального размера, для дальнейшего их объединения и использования.

Виртуальная память

Суть концепции виртуальной памяти заключается в том, что адреса, к которым обращается выполняющийся процесс, отделяются от адресов, реально существующих в физической памяти. Те адреса, на которые делает ссылки выполняющийся процесс, называются виртуальными адресами, а те адреса, которые существуют в памяти, называются реальными или физическими адресами.

Несмотря на то, что процессы обращаются только к виртуальным адресам, в действительности они должны работать с реальной памятью, таким образом, во время выполнения процесса виртуальные адреса необходимо преобразовывать в реальные, причем это необходимо делать быстро, чтобы не снижалась производительность вычислительной машины.

Мультипрограммные системы с виртуальной памятью позволяют избежать многих недостатков реальной организации памяти . При организации виртуальной памяти в системах используется сегментная организация, страничная организация или комбинированная сегментно-страничная организация. Поскольку все современные ОС используют концепцию виртуальной памяти, далее мы более подробно остановимся на, сегментной, страничной и сегментно-страничной организации памяти.