Распределение памяти фиксированными разделами

Распределение памяти фиксированными разделами

Распределение памяти динамическими разделами

Перемещаемые разделы

Страничное распределение памяти

Сегментное распределение

Алгоритмы распределения памяти

Рассмотрим наиболее общие подходы к распределению памяти, которые были характерны для разных периодов развития операционных систем. Некоторые из них сохранили актуальность и широко используются в современных ОС, другие же представляют в основном только познавательный интерес.

Все алгоритмы распределения памяти разделены на два класса:

- Алгоритмы, в которых используется перемещение сегментов процессов между оперативной памятью и диском;

- Алгоритмы, в которых внешняя память не привлекается.

 

 

 

Рис 1. Классификация методов распределения памяти.

Распределение памяти фиксированными разделами

Главной операцией управления памятью является размещение программы в основной памяти для ее выполнения процессором. Практически во всех современных многозадачных системах эта задача предполагает использование сложной схемы, известной как виртуальная память. Виртуальная память, в свою очередь, основана на использовании одной или обеих базовых технологий - сегментов и страниц. Перед тем как перейти к рассмотрению этих методов организации виртуальной памяти, мы должны познакомиться с более простыми методами.

Простейший способ управления оперативной памятью состоит в том, что память разбивается на несколько областей фиксированной величины, называемых разделами. Разбиение всего объема оперативной памяти на несколько разделов может осуществляться единовременно (то есть в процессе генерации варианта операционной системы) или по мере необходимости оператором системы.

В большинстве схем управления памятью предполагается, что операционная система занимает некоторую фиксированную часть основной памяти и что остальная часть основной памя­ти доступна для использования многочисленным процессам. Простейшая схема управления этой доступной памятью - ее распределение на области с фиксированными границами.

Ниже показаны два примера фиксированного распределения. Одна возможность состоит в использовании разделов одинакового размера. В этом случае любой процесс, размер которого не превышает размер раздела, может быть загружен в любой доступный раздел. Если все разделы заняты и нет ни одного процесса в состоянии готовности или работы, операционная система может выгрузить процесс из любого раздела и загрузить другой процесс, обеспечивая тем самым процессор работой.

ОС

Задача А

Задача Б

Задача В

Раздел 1

Очередь задач

а) 

	Раздел 2

- неиспользуемая память

Раздел 3

 

Очереди к разделам

ОС

 

			Раздел 2

Раздел 1

 

б)

 

			Раздел 3

 

 

Рис 2. Распределение памяти фиксированными разделами:

а) с общей очередью, б) с отдельными очередями.

Это может быть выполнено оператором вручную во время старта системы или во время генерации системы.

Очередной новый процесс, поступивший на выполнение, помещается либо в общую очередь (Рис. 2.а), либо в очередь к некоторому разделу (Рис. 2.б).

Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи:

ü Сравнивает объем памяти, требуемый для вновь поступившего процесса, с размерами свободных разделов и выбирает подходящий раздел.

ü Осуществляет загрузку программы в один из разделов и настройку адресов.

При очевидном преимуществе – простоте реализации, данный метод имеет существенный недостаток – жесткость.

При использовании разделов с одинаковым размером возни­кают две трудности:

• Программа может быть слишком велика для размеще­ния в разделе. В этом случае программист должен разраба­тывать программу, использующую оверлеи, с тем, чтобы в любой момент времени ей требовался только один раздел основной памяти. Когда требуется модуль, который в на­стоящий момент отсутствует в основной памяти, пользовательская программа должна сама загрузить этот модуль в раздел памяти программы (независимо от того, является ли этот модуль кодом или данными).

• Использование основной памяти при этом крайне не­эффективно. Любая программа, независимо от ее размера, занимает раздел целиком. Этот феномен появления неиспользован­ной памяти из-за того, что загружаемый блок по размеру меньше раздела, называется внутренней фрагментацией.

Отсюда - ограничение количества, выполняемых задач количеством разделов.  С другой стороны - разбиение памяти на разделы не позволяет выполнить процессы, программы которых не помещаются ни в один из разделов. Бороться с этими трудностями (хотя и не устранить полно­стью) можно посредством использования разделов разных размеров.

В том случае, когда разделы имеют одинаковый размер, разме­щение процессов в памяти представляет собой тривиальную задачу. Не имеет значения, в каком из свободных разделов бу­дет размещен процесс. Если все разделы заняты процессами, которые не готовы к немедленной работе, любой из них может быть выгружен для освобождения памяти для нового процесса.

Когда разделы имеют разные размеры, есть два возможных подхода к назначению процессов разделам памяти. Простей­ший путь состоит в том, чтобы каждый процесс размещался в наименьшем разделе, способном полностью вместить данный процесс. В таком случае для каждого раздела требуется оче­редь нивелировщика, в которой хранятся выгруженные из памяти процессы, предназначенные для данного раздела па­мяти (Рисунок 2.б).

Достоинство такого подхода заключается в том, что процессы могут быть распределены между разделами памяти так, что­бы минимизировать внутреннюю фрагментацию.

Хотя этот метод представляется оптимальным с точки зрения отдельного раздела, он не оптимален с точки зрения системы в целом. Представим, что в системе в некоторый момент време­ни нет ни одного процесса размером от 12 до 16 Мб. В резуль­тате раздел размером 16 Мб будет пустовать, в то время как он мог бы с успехом использоваться меньшими процессами. Та­ким образом, более предпочтительным подходом является ис­пользование одной очереди для всех процессов (Рисунок 2.а).

В момент, когда требуется загрузить процесс в основную па­мять, выбирается доступный наименьший раздел, способный вместить данный процесс. Если все разделы заняты, следует принять решение об освобождении одного из них. По-видимо­му, следует отдать предпочтение процессу, занимающему наи­меньший раздел, способный вместить загружаемый процесс. Можно учесть и другие факторы, такие как приоритет процес­са или его состояние (заблокирован он или активен).

Использование разделов разного размера по сравнению с ис­пользованием разделов одинакового размера придает допол­нительную гибкость данному методу. Кроме того, схемы с фиксированными разделами относительно просты, они предъявляют минимальные требования к операционной сис­теме; накладные расходы работы процессора невелики. Одна­ко у этих схем имеются серьезные недостатки:

• Количество разделов, определенное в момент генерации системы, огранивает количество активных (не приостановленных) процессов;

• Поскольку размеры разделов устанавливаются заранее, в момент генерации системы, небольшие процессы приводят к неэффективному использована памяти. В средах, где заранее известны потребности в памяти всех задач, применение описанной схемы может быть оправдано, но в большинстве случаев эффективность этой технологии крайне низка.

Такой способ управления памятью применялся в ранних мультипрограммных ОС.