№ 5 память.управление памятью

Содержание

Слайд 2

Управление памятью

Оперативная память – важнейший ресурс вычислительной системы, требующий управления со стороны

Управление памятью Оперативная память – важнейший ресурс вычислительной системы, требующий управления со
ОС. Причина – процессы и потоки хранятся и обрабатываются в оперативной памяти.
Память распределяется между приложениями и модулями самой операционной системы.
Функции ОС по управлению оперативной памятью:
Отслеживание наличия свободной и занятой памяти;
Контроль доступа к адресным пространствам процессов;
Вытеснение кодов и данных из оперативной памяти на диск, когда размеров памяти недостаточно для размещения всех процессов, и возвращение их обратно;
Настройка адресов программы на конкретную область физической памяти;
Защита выделенных областей памяти процессов от взаимного вмешательства.
Часть ОС, которая отвечает за управление памятью, называется менеджером памяти.

Слайд 3

Физическая организация памяти

Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня: основную

Физическая организация памяти Запоминающие устройства компьютера разделяют, как минимум, на два уровня:
(главную, оперативную, физическую) и вторичную (внешнюю) память.
Основная память представляет собой упорядоченный массив однобайтовых ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес (номер). Процессор извлекает команду из основной памяти, декодирует и выполняет ее. Для выполнения команды могут потребоваться обращения еще к нескольким ячейкам основной памяти.
Вторичную память (это главным образом диски) также можно рассматривать как одномерное линейное адресное пространство, состоящее из последовательности байтов. В отличие от оперативной памяти, она является энергонезависимой, имеет существенно большую емкость и используется в качестве расширения основной памяти.

Слайд 4

Иерархия памяти

Иерархия памяти

Слайд 5

Представление потоков в оперативной памяти

Для идентификации переменных и команд программы используются разные

Представление потоков в оперативной памяти Для идентификации переменных и команд программы используются
типы адресов:
Символьные (имена переменных, функций и т.п.);
Виртуальные – условные числовые значения, вырабатываемые компиляторами;
Физические – адреса фактического размещения в оперативной памяти.

Слайд 6

Связывание адресов

Связывание адресов

Слайд 7

Виртуальное пространство

Совокупность виртуальных адресов называется виртуальным адресным пространством. Диапазон возможных адресов виртуального

Виртуальное пространство Совокупность виртуальных адресов называется виртуальным адресным пространством. Диапазон возможных адресов
пространства у всех процессов одинаков.
Совпадение виртуальных адресов различных процессов не должно приводить к конфликтам и операционная система отображает виртуальные адреса различных процессов на разные физические адреса.
Разные ОС по разному организуют виртуальное адресное пространство:
Линейная организация – пространство представляется непрерывной линейной последовательностью адресов (по другому плоская структура адресного пространства).
Сегментная организация – пространство разделяется на отдельные части. В этом случае, помимо линейного адреса, может быть использован виртуальный адрес (сегмент, смещение).

Слайд 8

Виртуальное адресное пространство

В виртуальном адресном пространстве выделяют две непрерывные части:
Системная – для

Виртуальное адресное пространство В виртуальном адресном пространстве выделяют две непрерывные части: Системная
размещения модулей общих для всей системы (размещаются коды и данные ядра ОС, другие служебные модули);
Пользовательская – для размещения кода и данных пользовательских программ.
Системная область включает в себя область, подвергаемую страничному вытеснению, и область, на которую страничное вытеснение не распространяется. В последней располагаются системные процессы, требующие быстрой реакции или постоянного присутствия в памяти. Остальные сегменты подвергаются вытеснению, как и пользовательские приложения.

Слайд 9

Алгоритмы распределения памяти

Алгоритмы распределения памяти

Слайд 10

Схема с фиксированными разделами

Схема основана на предварительном разбиении общего адресного пространства на

Схема с фиксированными разделами Схема основана на предварительном разбиении общего адресного пространства
несколько разделов фиксированной величины.
Процессы помещаются в тот или иной раздел.
Связывание физических и логических адресов процесса происходит на этапе его загрузки.

Слайд 11

Динамическое распределение. Свопинг.

В системах с разделением времени возможна ситуация, когда память не

Динамическое распределение. Свопинг. В системах с разделением времени возможна ситуация, когда память
в состоянии содержать все пользовательские процессы.
В таких случаях используется свопинг (swapping) – перемещению процессов из главной памяти на диск и обратно целиком. Частичная выгрузка процессов на диск осуществляется в системах со страничной организацией (paging).
Выгруженный процесс может быть возвращен в то же самое адресное пространство или в другое. Это ограничение диктуется методом связывания. Для схемы связывания на этапе выполнения можно загрузить процесс в другое место памяти.

Слайд 12

Схема с переменными разделами

Типовой цикл работы менеджера памяти состоит в анализе запроса

Схема с переменными разделами Типовой цикл работы менеджера памяти состоит в анализе
на выделение свободного участка (раздела), выборе его среди имеющихся в соответствии с одной из стратегий (первого подходящего, наиболее подходящего и наименее подходящего), загрузке процесса в выбранный раздел и последующих изменениях таблиц свободных и занятых областей.
Аналогичная корректировка необходима и после завершения процесса. Связывание адресов может осуществляться на этапах загрузки и выполнения.

Слайд 13

Страничная организация

В случае страничной организации памяти (или paging) как логическое адресное пространство,

Страничная организация В случае страничной организации памяти (или paging) как логическое адресное
так и физическое представляются состоящими из наборов блоков или страниц одинакового размера.
При этом образуются логические страницы (page), а соответствующие единицы в физической памяти называют страничными кадрами (page frames). Страницы (и страничные кадры) имеют фиксированную длину, обычно являющуюся степенью числа 2, и не могут перекрываться.
Каждый кадр содержит одну страницу данных. При такой организации внешняя фрагментация отсутствует, а потери из-за внутренней фрагментации, поскольку процесс занимает целое число страниц, ограничены частью последней страницы процесса.

Слайд 14

Связь логического и физического адресов

Логический адрес в страничной системе – упорядоченная пара

Связь логического и физического адресов Логический адрес в страничной системе – упорядоченная
(p,d), где p – номер страницы в виртуальной памяти, а d – смещение в рамках страницы p, на которой размещается адресуемый элемент.
Разбиение адресного пространства на страницы осуществляется вычислительной системой незаметно для программиста.
Адрес является двумерным лишь с точки зрения операционной системы, а с точки зрения программиста адресное пространство процесса остается линейным.

Слайд 15

Схема адресации при страничной организации

Схема адресации при страничной организации

Слайд 16

Сегментная и сегментно-страничная организация памяти

Сегменты, в отличие от страниц, могут иметь переменный

Сегментная и сегментно-страничная организация памяти Сегменты, в отличие от страниц, могут иметь
размер.
Каждый сегмент – линейная последовательность адресов, начинающаяся с 0. Максимальный размер сегмента определяется разрядностью процессора (при 32-разрядной адресации это 232 байт или 4 Гбайт).
Размер сегмента может меняться динамически (например, сегмент стека). В элементе таблицы сегментов помимо физического адреса начала сегмента обычно содержится и длина сегмента.
Логический адрес – упорядоченная пара v=(s,d), номер сегмента и смещение внутри сегмента.

Слайд 17

Преобразование логического адреса при сегментной организации

Преобразование логического адреса при сегментной организации

Слайд 18

Формирование адреса при странично-сегментной организации памяти

Формирование адреса при странично-сегментной организации памяти

Слайд 19

Виртуальная память

Разработчикам программного обеспечения часто приходится решать проблему размещения в памяти больших

Виртуальная память Разработчикам программного обеспечения часто приходится решать проблему размещения в памяти
программ, размер которых превышает объем доступной оперативной памяти.
Развитие архитектуры компьютеров и расширение возможностей операционной системы по управлению памятью позволило переложить решение этой задачи на компьютер. Одним из подходов стало появление виртуальной памяти (virtual memory).

Слайд 20

Концепция работы с виртуальной памятью

Информация, с которой работает активный процесс, должна располагаться

Концепция работы с виртуальной памятью Информация, с которой работает активный процесс, должна
в оперативной памяти.
В схемах виртуальной памяти у процесса создается иллюзия того, что вся необходимая ему информация имеется в основной памяти.
во-первых, занимаемая процессом память разбивается на несколько частей, например страниц;
во-вторых, логический адрес (логическая страница), к которому обращается процесс, динамически транслируется в физический адрес (физическую страницу);
и наконец, в тех случаях, когда страница, к которой обращается процесс, не находится в физической памяти, нужно организовать ее подкачку с диска.
Для контроля наличия страницы в памяти вводится специальный бит присутствия, входящий в состав атрибутов страницы в таблице страниц.

Слайд 21

Кэширование данных

Для ускорения доступа к данным используется принцип кэширования. В вычислительных системах

Кэширование данных Для ускорения доступа к данным используется принцип кэширования. В вычислительных
существует иерархия запоминающих устройств:
нижний уровень занимает емкая, но относительно медленная дисковая память;
оперативная память;
верхний уровень – сверхоперативная память процессорного кэша.
Каждый уровень играет роль кэша по отношению к нижележащему.
Имя файла: №-5-память.управление-памятью.pptx
Количество просмотров: 40
Количество скачиваний: 0