Основы операционных систем

Основы Основы операционных операционных

системсистем

Часть Часть III. III. Управление памятьюУправление памятью

Лекция 8. Лекция 8. Простейшие схемы управления Простейшие схемы управления

памятьюпамятью

Иерархия памятиИерархия памяти

Вторичная памятьВторичная память

Оперативная памятьОперативная память

КэшКэш

РегистрыРегистрыСтоимость Стоимость одного битаодного бита

Время доступаВремя доступа

ОбъемОбъем

Управляется ОСУправляется ОС

Управляется менеджером памятиУправляется менеджером памяти

Принцип локальностиПринцип локальности

Большинство реальных программ в течение Большинство реальных программ в течение некоторого отрезка времени работает с небольшим некоторого отрезка времени работает с небольшим набором адресов памяти – это набором адресов памяти – это принцип локальностипринцип локальности

Принцип локальности связан с особенностями Принцип локальности связан с особенностями человеческого мышлениячеловеческого мышления

Проблема разрешения адресовПроблема разрешения адресов

Человеку свойственно символическое мышление. Человеку свойственно символическое мышление. Адреса (имена) переменных описываются Адреса (имена) переменных описываются

идентификаторами, формируя символьное адресное идентификаторами, формируя символьное адресное пространствопространство

Оперативная физическая память может быть Оперативная физическая память может быть представлена в виде массива ячеек с линейными представлена в виде массива ячеек с линейными

адресами. адресами.

Совокупность всех доступных физических адресов в Совокупность всех доступных физических адресов в вычислительной системе – это ее физическое вычислительной системе – это ее физическое

адресное пространствоадресное пространство

Как ?Как ? Когда ?Когда ?

Связывание адресовСвязывание адресов

ДругиеДругиеобъектныеобъектные

модулимодули

ЗагрузчикЗагрузчикДвоичный Двоичный

образобраз в памяти в памяти

СистемныеСистемные библиотеки библиотеки

ДинамическиеДинамические библиотеки библиотеки

Процессор Процессор ии

БУПБУП

ИсходнаяИсходная программа программа КомпиляторКомпилятор Объектный Объектный

модульмодульРедактор Редактор

связейсвязейЗагрузочныйЗагрузочный

модуль модуль

Этап Этап компиляциикомпиляции

Этап загрузкиЭтап загрузкиЭтап Этап выполнениявыполнения

Логическое адресное Логическое адресное пространствопространство

Символьное адресное пространство – совокупность Символьное адресное пространство – совокупность всех допустимых идентификаторов переменныхвсех допустимых идентификаторов переменных

Логическое адресное пространство – совокупность Логическое адресное пространство – совокупность всех допустимых адресов, с которыми работает всех допустимых адресов, с которыми работает

процессорпроцессор

Физическое адресное пространство – совокупность Физическое адресное пространство – совокупность всех доступных физических адресов в всех доступных физических адресов в

вычислительной системевычислительной системе

Функции ОС и Функции ОС и hardwarehardware для управления памятьюдля управления памятью

Отображение логического адресного пространства Отображение логического адресного пространства процесса на физическое адресное пространствопроцесса на физическое адресное пространство

Распределение памяти между конкурирующими Распределение памяти между конкурирующими процессамипроцессами

Контроль доступа к адресным пространствам Контроль доступа к адресным пространствам процессов процессов

Выгрузка процессов (целиком или частично) во Выгрузка процессов (целиком или частично) во внешнюю памятьвнешнюю память

Учет свободной и занятой памятиУчет свободной и занятой памяти

Однопрограммная Однопрограммная вычислительная системавычислительная система

ОСОС

ОСОС

00

ПроцессПроцесспользователяпользователя

ПроцессПроцесспользователяпользователя

СхемаСхема с фиксированными разделами с фиксированными разделами

ОСОС00

Раздел 1Раздел 1



Задание 1Задание 1




Очередь заданийОчередь заданийОчереди заданийОчереди заданий

Процесс 1Процесс 1



Внутренняя фрагментацияВнутренняя фрагментация

ОСОС00







Внутренняя фрагментация – «потеря» части памяти, выделенной процессу, но не используемой им

СпособыСпособы организации больших программ организации больших программ

Оверлейная структураОверлейная структураПрограмма разбивается на несколько частей. Постоянно в Программа разбивается на несколько частей. Постоянно в памяти находится только загрузчик оверлеев, небольшое памяти находится только загрузчик оверлеев, небольшое количество общих данных и процедур, а части загружаются по количество общих данных и процедур, а части загружаются по очередиочереди

Динамическая загрузка процедурДинамическая загрузка процедурПроцедуры загружаются в память только по мере Процедуры загружаются в память только по мере необходимости, после обращения к нимнеобходимости, после обращения к ним

Оба способа основаны на применении Оба способа основаны на применении принципа локальностипринципа локальности

СхемаСхема с динамическими разделами с динамическими разделами

ОСОС

№№

памятьпамять

времявремя

00 202000 10001000

Очередь заданийОчередь заданий

11 22 33 44 55

200200 300300 250250

1010 55 2020

250250 7070

88 1515

P1P1время 10время 10

440000


700700


950950

PP44время 8время 8

650650




PP44время 4время 4P5P5

227070


Стратегии размещения нового процессаСтратегии размещения нового процесса в памяти в памяти

Первый подходящий (Первый подходящий (first-fit). first-fit). Процесс размещается в Процесс размещается в первое подходящее по размеру пустое местопервое подходящее по размеру пустое место

Наиболее подходящий (Наиболее подходящий (best-fit). best-fit). Процесс размещается Процесс размещается в наименьшее подходящее по размеру пустое местов наименьшее подходящее по размеру пустое место

Наименее подходящий Наименее подходящий (worst-fit). (worst-fit). Процесс Процесс размещается в наибольшее пустое месторазмещается в наибольшее пустое место


ОСОС

№№

памятьпамять

времявремя

00 202000 10001000

Очередь заданийОчередь заданий

55

7070

1515


440000 700700


950950


650650


ОСОС

00 202000 10001000


440000 700700


950950


650650

Внешняя фрагментация – невозможность Внешняя фрагментация – невозможность использования памяти, неиспользуемой использования памяти, неиспользуемой процессами, из-за ее раздробленностипроцессами, из-за ее раздробленности

Возможна и внутренняя фрагментация при Возможна и внутренняя фрагментация при почти полном заполнении процессом пустого почти полном заполнении процессом пустого

фрагментафрагмента


ОСОС

00 202000 10001000440000 700700 950950

PP44

650650

P5P5

227070 520520 770770

P3P3

Сборка мусораСборка мусора

CPUCPU

СегментныйСегментный регистр регистр

++ ПамятьПамятьЛогический Логический

адресадресФизический Физический

адресадрес

MMU – MMU – БУП БУП

ЛинейноеЛинейное непрерывное отображение непрерывное отображение

ЛогическоеЛогическоеадресноеадресное

пространствопространство

ФизическоеФизическоеадресноеадресное


00 100100

NN N+100N+100

ЛинейноеЛинейное кусочно-непрерывное отображение кусочно-непрерывное отображение





PagePage 0 0 PagePage 1 1 PagePage 2 2 PagePage 3 3 PagePage 4 4

Кадр 0Кадр 0 Кадр 1Кадр 1 Кадр 2Кадр 2 Кадр 3Кадр 3 Кадр 4Кадр 4 Кадр 5Кадр 5 Кадр 6Кадр 6 Кадр 7Кадр 7 Кадр 8Кадр 8

Логический адрес =Логический адрес =Npage*size + offsetNpage*size + offset

(Npage, offset)(Npage, offset)

Физический адрес =Физический адрес =Nframe*size + offsetNframe*size + offset

(Nfr(Nfrааme, offset)me, offset)

Страничная организация памятиСтраничная организация памяти

00 11 22 33 44ТаблицаТаблицастраницстраниц 33 44 66 77 11

Npage -> NframeNpage -> Nframe

Серый цвет – занятое местоСерый цвет – занятое место

Свойственна внутренняя фрагментацияСвойственна внутренняя фрагментация


Страничная организация памятиСтраничная организация памяти

CPUCPU

Логический адресЛогический адрес

offsetoffsetpagepage

ТаблицаТаблица страниц страниц

кадркадр

ПамятьПамять

Физический адресФизический адрес

offsetoffsetкадркадр

MMUMMU

атрибутыатрибуты






Логический адрес Логический адрес – – двумерный =двумерный = (Nseg, offset) (Nseg, offset)

Физический адресФизический адрес линейныйлинейный = физический адрес начала сегмента + = физический адрес начала сегмента + offsetoffset

Сегментная организация памятиСегментная организация памятиСегСегмент 1мент 1 СегСегмент 2мент 2 СегСегмент 3мент 3

Серый цвет – занятое местоСерый цвет – занятое место00 00 00

Свойственна внешняя фрагментацияСвойственна внешняя фрагментация


адрес началаадрес начала размерразмер

Сегментная организация памятиСегментная организация памяти

CPUCPU

ЛогическийЛогический адрес адрес

offsetoffsetNsegNseg

ТаблицаТаблица сегментов сегментов

ПамятьПамятьФизический адресФизический адрес

Максимальный размер сегментаМаксимальный размер сегмента

адрес началаадрес начала ++


адрес началаадрес начала размерразмер

Сегментная организация памятиСегментная организация памяти

CPUCPU


offsetoffsetNsegNseg

ТаблицаТаблица сегментов сегментов

ПамятьПамять

ФизическийФизическийадресадрес


Offset <= Offset <= размерразмер

++

ошибкаошибка

нетнет

дада


адресадрес размерразмер

Сегментно-страничная организация памятиСегментно-страничная организация памяти

CPUCPU


OffsetOffset внутри сегмента внутри сегментаNsegNseg

Таблица сегментовТаблица сегментов

ПамятьПамятьФизический адресФизический адрес


Offset Offset у сегментау сегмента<= <= размерразмер

нетнет

дада

PagePage OffsetOffset

Размер страницыРазмер страницы

ошибкаошибкакадркадр

PagePage

OffsetOffset

Таблица страницТаблица страниц

КадрКадр

Documents

Основы операционных систем