Функции ОС по управлению памятью

Под памятью будем понимать оперативную память ПК (RAM или ОЗУ), в отличие от жесткого диска (storage). Оперативной памяти для сохранения информации требуется постоянное электропитание.

Функции ОС по управлению памятью в мультипрограммной системе:

1) Отслеживание свободной и занятой памяти.

2) Выделение памяти процессам и освобождение памяти по мере их завершения.

3) Вытеснение кодов и данных процессов из оперативной памяти на диск (полная или частичная), когда размера основной памяти недостаточно для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место.

4) Настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Во время работы ОС ей часто приходится создавать служебные информационные структуры, такие как: описатели процессов и потоков, различные таблицы распределения ресурсов, буферы, используемые процессами для обмена данными, синхронизирующие объекты и т.п. Все эти системные объекты требуют памяти. В некоторых ОС заранее (во время установки) резервируется некоторый фиксированный объем памяти для системных нужд. Существует и другой подход, при котором память для системных целей выделяется динамически. В таком случае различные подсистемы ОС при создании своих таблиц, объектов и структур, обращаются к подсистеме памяти с запросами. Помимо первоначального выделения памяти процессом при их создании ОС должна заниматься также динамическим распределением памяти, т.е. выполнять запросы приложений на выделение им дополнительной памяти во время их выполнения.

ТИПЫ АДРЕСОВ

Для идентификации переменных и команд на разных этапах жизненного цикла программы используются: символьные имена (метки), виртуальные адреса и физические адреса. Символьные имена присваивает программист при написании программы на алгоритмическом языке или ассемблере. Виртуальные адреса (математические или логические) выбирает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Поскольку во время трансляции в общем случае неизвестно в какое место оперативной памяти будет загружена программа, то транслятор присваивает переменным или командам виртуальные (условные) адреса, обычно считая по умолчанию, что начальным адресом программы будет нулевой адрес. Физические адреса – соответствуют номерам ячеек памяти, где в действительности расположены или будут расположены переменные и команды. Совокупность виртуальных адресов процесса называется его виртуальным адресным пространством. Диапазон возможных адресов вирт. пространства у всех процессов является одним и тем же. Напр., при использовании 32-разрядных вирт. адресов этот диапазон определяется границами: 00000000₁₆ ÷ FFFFFFFF₁₆, 2³² примерно равно 4 Gb

Если у ПК 32-разрядная шина адреса, максимальное значение вирт. памяти 4 Gb. Количество физической памяти не может превышать эту величину. ОЗУ делятся: динамические устройства; статические устройства.

Триггер – это спусковое устройство, которое может неопределенно долго находиться в одном из двух состояний устойчивого равновесия до тех пор, пока специальный сигнал не изменит его состояний. Т.О. триггер может хранить 1 бит информации. Самый простой триггер можно реализовать на 4-х транзисторах. На статических триггерах выполняют регистры разных типов, а также ячейки памяти статического ОЗУ. Такая статическая память используется довольно редко. Чаще используют динамическую память, которая проще в реализации и дешевле. Однако, у динамической памяти есть один существенный недостаток – нуждается в постоянно регенерации, т.е. в периодическом поддержании своих ячеек в прежнем состоянии. Принцип действия динамической памяти прост. Он основан на том, что некоторые транзисторы определенных типов имеют значительную емкость между их выводами. Заряд такой емкости (вирт.) = 1. Если заряжен – 1, разряжен – 0. Тем не менее, каждый процесс имеет собственное виртуальное адресное пространство, т.е. транслятор присваивает виртуальные адреса переменным и кодам каждой программы независимо. Совпадение адресов переменных и команд различных процессов не приводят к конфликтам, т.к. в том случае, когда эти переменные одновременно присутствуют в памяти, ОС отображает их на разные физические адреса.

Следует различать величину адресного пространства (физического и виртуального) и объем памяти, в которой это пространство помещается. Количество возможных сочетаний дает количество ячеек адресуемой физической памяти (2³²). Между тем в ячейке находится 1 бит, а число – кратное байту

Шина

12 32

Пример. На первых ПК была шина на 20 разрядов (шина адреса)и шина данных на 8 разрядов (РС ХР 8088 Intel) 32 р – 04 р, тактовая частота возрастет в 2 раза.