Распределение памяти

Методы распределения памяти с использованием дискового пространства
Страничный - перемещение данных между памятью и диском происходит частями фиксированного размера.
Сегментная - перемещение данных между памятью и диском происходит частями виртуального адресного пространства произвольного размера, полученными с учетом смыслового значения данных.
Сегментно-страничная - способ управления памятью объединяет в себе элементы обоих предыдущих подходов.
Слайд №

Страничное распределение
Виртуальное адресное пространство и вся оперативная память делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, которые называются виртуальными и физическими страницами соответственно.
При загрузке каждого процесса операционная система создаёт таблицу страниц – специальную информационную структуру, элемент которой называется десктриптор страницы.
Слайд №

Страничное распределение
С помощью дескрипторов устанавливается соответствие между номерами виртуальных и физических страниц, если они загружены в оперативную память, или делается отметка о том, что виртуальная страница выгружена на диск.
Слайд №

Страничное распределение
В таблице страниц содержится управляющая информация, такая как:
признак модификации страницы, признак невыгружаемости (выгрузка некоторых страниц может быть запрещена),
признак обращения к странице (используется для подсчета числа обращений за определенный период времени)
и другие данные, формируемые и используемые механизмом виртуальной памяти.
Слайд №

Страничное распределение
При каждом обращении к памяти происходит чтение из таблицы страниц информации о виртуальной странице, к которой произошло обращение.
Если данная виртуальная страница находится в оперативной памяти, то немедленно выполняется преобразование виртуального адреса в физический.
Слайд №

Страничное распределение
Если нужная виртуальная страница в данный момент выгружена на диск, то происходит так называемое страничное прерывание.
При этом выполняющийся процесс переводится в состояние ожидания, и активизируется другой процесс из очереди готовых.
Параллельно программа обработки страничного прерывания находит на диске требуемую виртуальную страницу и пытается загрузить ее в оперативную память.
Слайд №

Страничное распределение
Если в памяти имеется свободная физическая страница, то загрузка выполняется немедленно, если же свободных страниц нет, то решается вопрос, какую страницу следует выгрузить из оперативной памяти.
Критерии выбора:
1) дольше всего не использовавшаяся страница;
2) первая попавшаяся страницa;
3) страница, к которой в последнее время было меньше всего обращений.
Слайд №

Страничное распределение
После того, как выбрана страница, которая должна покинуть оперативную память, анализируется ее признак модификации (из таблицы страниц).
Если выталкиваемая страница с момента загрузки была модифицирована, то ее новая версия переписывается на диск иначе физическая страница объявляется свободной.
Слайд №

Страничное распределение
На производительность системы со страничной организацией памяти влияют временные затраты, связанные с обработкой страничных прерываний и преобразованием виртуального адреса в физический.
Слайд №

Страничное распределение: cпособы повышения производительности
1) увеличение размера страницы – приводит к уменьшению частоты страничных прерываний и размера таблицы страниц, т.е. уменьшается затраты времени и оперативной памяти. Однако, при увеличении размера страницы увеличивается и фиктивная область в последней виртуальной странице каждой программы.
2) размещение таблицы страниц в "быстрых" запоминающих устройствах, т.е. уменьшается время доступа к таблице страниц.
Слайд №

Страничное распределение
Слайд №

Двоичное представление адресов
Слайд №

Схема преобразования виртуального адреса в физический
Слайд №

Схема преобразования виртуального адреса в физический
Слайд №

Виртуальное адресное пространство процесса делится на сегменты, размер которых определяется программистом с учетом смыслового значения содержащейся в них информации.
Отдельный сегмент может представлять собой подпрограмму, массив данных и т.п.
При загрузке процесса часть сегментов помещается в оперативную память (при этом для каждого из этих сегментов операционная система подыскивает подходящий участок свободной памяти), а часть сегментов размещается в дисковой памяти.
Слайд №
Сегментное распределение

Сегменты одной программы могут занимать в оперативной памяти несмежные участки.
Во время загрузки система создает таблицу сегментов процесса (аналогичную таблице страниц), в которой для каждого сегмента указывается начальный физический адрес сегмента в оперативной памяти, размер сегмента, правила доступа, признак модификации, признак обращения к данному сегменту за последний интервал времени и другая информация.
Слайд №
Сегментное распределение

1) при отсутствии нужных сегментов в памяти происходит прерывание для обработки возникшей исключительной ситуации, т.е. необходимые сегменты загружаются из внешней памяти;
2) при необходимости освобождения памяти по определенному алгоритму определяются сегменты, которые выгружаются на диск;
3) при каждом обращении к оперативной памяти выполняется преобразование виртуального адреса в физический.
4) при обращении к памяти проверяется, разрешен ли доступ требуемого типа к данному сегменту.
Слайд №
Особенности функционирования системы с сегментной организацией

Недостатком данного метода распределения памяти является фрагментация на уровне сегментов и более медленное по сравнению со страничной организацией преобразование адреса.
Слайд №
Особенности функционирования системы с сегментной организацией

Сегментное распределение
Слайд №

Сегментное распределение
Слайд №

Сегментно-страничное распределение
Виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент в свою очередь делится на виртуальные страницы, которые нумеруются в пределах сегмента.
Оперативная память делится на физические страницы.
Загрузка процесса выполняется операционной системой постранично, при этом часть страниц размещается в оперативной памяти, а часть на диске.
Слайд №

Сегментно-страничное распределение
Для каждого сегмента создается своя таблица страниц, структура которой полностью совпадает со структурой таблицы страниц, используемой при страничном распределении.
Для каждого процесса создается таблица сегментов, в которой указываются адреса таблиц страниц для всех сегментов данного процесса.
Адрес таблицы сегментов загружается в специальный регистр процессора, когда активизируется соответствующий процесс.
Слайд №

Схема преобразования виртуального адреса в физический для сегментно-страничной организации
Слайд №

Схема преобразования виртуального адреса в физический для сегментно-страничной организации
Слайд №

Сегментно-страничное распределение
Данный метод представляет собой комбинацию страничного и сегментного механизмов управления памятью.
Так же как и при сегментной организации памяти, виртуальное адресное пространство процесса разделено на сегменты (это позволяет определять разные права доступа к разным частям кодов и данных программы).
Перемещение данных между памятью и диском осуществляется не сегментами, а страницами. Для этого каждый виртуальный сегмент и физическая память делятся на страницы равного размера, что позволяет более эффективно использовать память, сократив до минимума фрагментацию
Слайд №