Операционные Системы

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Управление памятью
Эффективное распределение памяти для размещения нескольких процессов
Эффективное распределение памяти для обеспечения эффективного исполнения готовых процессов.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Требования к управлению памятью
Перемещение
Защита
Совместное использование
Логическая организация
Физическая организация

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Перемещение
Программист не знает куда будет загружена программа при выполнении
Во время выполнения программа может быть выгружена на диск и в дальнейшем загружена в память по другим адресам (перемещена)
Ссылки на память должны быть переведены процессором и системой в реальные физические адреса.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Перемещение (Relocate)

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Защита
Процессы не должны без разрешения иметь возможности к обращениям к памяти других процессов
Невозможно вычислить и проверить абсолютные адреса памяти при компиляции
Защита памяти обеспечивается аппаратным обеспечением системы.
Операционная система не в состоянии предвидеть все обращения к памяти.
Использование механизма исключений (exception) для отслеживания нарушений доступа к памяти (0xEh в системах Intel)

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Разделение
Возможность нескольким процессам разделять общие адреса памяти
Эффективнее разделять общие блоки памяти несколькими процессами, чем создавать закрытые копии.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Логическая организация
Программы имеют модульную структуру
Модули могут создаваться и компилироваться независимо
Можно установить различную степень защиты для модулей (только для чтения, только для выполнения и т.д.)
Можно разделять модули между процессами

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Физическая организация
Двухуровневая архитектура памяти
Основная
Вторичная
Основной задачей является эффективная организация потоков информации между основной и вторичной памятью

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Распределение памяти
Фиксированное распределение
Динамическое распределение
Система двойников
Простая страничная организация
Простая сегментная организация
Страничная организация ВП
Сегментная организация ВП

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Фиксированное распределение
Любой процесс, чей размер меньше или равен размеру раздела может быть загружен в свободный раздел
Если все разделы заняты, то система может выгрузить простаивающий процесс во вторичную память
Программы, которые не помещаются в раздел могут быть созданы с использованием оверлеев (overlays).

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Фиксированное распределение

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Алгоритм размещения при фиксированном распределении
Разделы одинакового размера
Не имеет значения какой свободный раздел выбрать для использования.
Разделы разного размера
Использовать наименьший раздел, способный вместить процесс
Очередь процессов для каждого раздела

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Алгоритм размещения при фиксированном распределении

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Динамическое распределение
Разделы имеют переменную длину
Процесс распределяет памяти ровно столько, сколько требуется
Возможно появления «дыр» в памяти – внешняя фрагментация памяти.
Для преодоления фрагментации используется метод уплотнения для перемещения процессов в смежные области памяти; свободная память собирается в один блок.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Динамическое распределение

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Динамическое распределение. Алгоритм размещения.
Первый подходящий блок памяти
Наилучший подходящий

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Динамическое распределение. Алгоритм размещения.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Динамическое распределение. Система двойников.
Всё доступное пространство считается единым блоком размером 2U
При запросе размером s, таким, что 2U-1 < s <= 2U, выделяется весь блок
В противном случае блок разделяется на два эквивалентных двойника размерами 2U-1
Если 2U-2 < s <= 2U-1, то по запросу выделяется один из двойников.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Динамическое распределение. Система двойников.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Динамическое распределение. Система двойников.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Перемещение. Типы адресов.
Логический адрес (Logical). Ссылка на ячейку памяти, не зависящая от текущего расположения данных в памяти
Относительный адрес (Relative). Частный случай логического адреса, когда адрес рассчитывается относительно известной точки в программе.
Физический адрес (абсолютный, physical). Действительное расположение ячейки в основной памяти.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Перемещение.
Абсолютные (физические) адреса памяти известны только при загрузке программы в память.
Процесс может перемещаться между различными разделами в результате операций свопинга
Уплотнение также вызывает перемещение процесса в основной памяти.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Аппаратная поддержка перемещения

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Страничная организация
Разделение физической памяти на блоки равной длины и разделение процесса на блоки этой же длины
Блоки процесса называются страницы (pages). Блоки основной памяти – фреймы (frames).
Операционная система поддерживает таблицу страниц для каждого процесса
Содержит расположение кадра для каждой страницы процесса
Адрес памяти представлен адресом страницы и смещением внутри страницы.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Страничная организация. Распределение памяти.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Страничная организация. Распределение памяти.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Сегментация
Сегменты программы могут иметь разный размер
Существует максимальный размер сегмента
Адрес состоит из двух частей: номера сегмента и смещения внутри сегмента
Так как сегменты имеют переменный размер, сегментация похожа на динамическое распределение.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Получение логического адреса в различных организациях

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Трансляция логических адресов. Страничная организация.

Операционные Сист. (с) Кафедра ИСТ, Маракасов Ф.В. 2005. (c) William Stollings
Трансляция логических адресов. Сегментная организация.