Основные задачи управления памятью
Для однозадачных ОС управление памятью не является серьезной проблемой, поскольку вся память, не занятая системой под собственные нужды, может быть отдана в распоряжение единственного пользовательского процесса. Процедуры управления памятью решают следующие задачи:
выделение памяти для процесса пользователя при его запуске и освобождение этой памяти при завершении процесса;
обеспечение настройки запускаемой программы на выделенные адреса памяти;
управление выделенными областями памяти по запросам программы пользователя (например, освобождение части памяти перед запуском порожденного процесса).
В многозадачных ОС. Суммарные требования к объему памяти всех одновременно работающих в системе программ, как правило, превышают имеющийся в наличии объем основной памяти. В этих условиях ОС не имеет другого выхода, кроме поочередного вытеснения процессов или их частей на диск, чтобы использовать освободившуюся память на нужды других процессов.
К основным задачам, которые должна решать подсистема управления памятью многозадачной ОС, добавляются следующие:
предоставление процессам возможностей получения и освобождения дополнительных областей памяти в ходе работы;
эффективное использование ограниченного объема основной памяти для удовлетворения нужд всех работающих процессов, в том числе с использованием дисков как расширения памяти;
изоляция памяти процессов, исключающая случайное или намеренное несанкционированное обращение одного процесса к областям памяти, занимаемым другим процессом;
предоставление процессам возможности обмена данными через общие области памяти.
Свопингом(перекачкой) – называется метод управления памятью, основанный на том, что все процессы участвующие в мультипрограммной обработке, хранятся во внешней памяти. Процесс которому выделен ЦП, временно перемещается в основную память. В случае прерывания работы процесса он перемещается обратно во внешнюю память. Основное применение свопинг находит в системах разделения времени, где он используется одновременно со стратегией RR планирования ЦП.
В начале каждого временного кванта блок управления памятью выгружает из основной памяти процесс, работа которого была только что прервана, и загружает очередной выполненный процесс. Метод свопинга влияет на величину временного кванта стратегии RR. Недостаток свопинга заключается больших потерях времени на загрузку или выгрузку процессов.
Смежное размещение процессов
Методы размещения процессов в основной памяти по отношению к расположению участков памяти, выделенных для одной и той же программы, делят на два класса:
Метод смежного размещения – предполагает, что в памяти, начиная с некоторого начального адреса, выделяется один непрерывный участок адресного пространства.
Метод несмежного размещения – здесь программа разбивается на множество частей, которые располагаются в различных, необязательно смежных участках адресного пространства.
Виртуальные и физические адреса
Понятие «адрес памяти» может рассматриваться с двух точек зрения. С одной стороны, при написании любой программы ее автор либо явно указывает, по каким адресам должны размещаться переменные и команды, либо присвоение конкретных адресов доверяется системе программирования. Те адреса памяти, которые записаны в программе, принято называть виртуальными адресами.
С другой стороны, каждой ячейке памяти компьютера соответствует ее адрес, который должен помещаться на шину адреса при каждом обращении к ячейке. Эти адреса называются физическими.
В системах, не рассчитанных на использование специальных аппаратных средств преобразования адресов, замена виртуальных адресов на физические может быть выполнена только программным путем. Это должно быть сделано до начала работы программы, либо на этапе компоновки программы, либо при загрузке программы из файла в память.
В современных системах, предназначенных для работы на процессорах с сегментной или страничной организацией памяти, программа даже после загрузки в память содержит виртуальные адреса. Преобразование в физические адреса выполняется при выборке каждой команды из памяти, при обращении к ячейкам данных – т.е. при каждом использовании адреса.
Для решения проблемы нахождения точного адреса в основной памяти в составе файла программы приходится хранить словарь перемещений – список всех тех мест в программе, которые содержат адреса, требующие настройки на адрес загрузки программы. Такая настройка в большинстве случаев представляет собой просто сложение адреса загрузки с адресом, хранящимся в файле программы, и выполняется при загрузке программы в память. Выполнение настройки приводит к некоторой задержке при запуске программ.