Алгоритмы распределения памяти без использования внешней памяти. Распределение памяти фиксированными разделами.
Распределение памяти динамическими разделами.
При использовании данного метода память в начальный момент времени считается свободной (за исключением памяти отведенной под ОС). Каждому процессу отводится вся необходимая память. Если ее не хватает, то процесс не создается. В произвольный момент времени память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков.
Достоинство: большая гибкость, по сравнению с методом распределения фиксированными разделами. Недостаток – высокий уровень фрагментации.
Распределение памяти перемещаемыми разделами.
В этом методе разработчики попытались учесть достоинства и недостатки предыдущего.
Один из способов борьбы с фрагментацией – сжатие, таким образом, чтобы вся свободная память образовала непрерывную область – дефрагментация. Такой метод был применен в ранних версиях OS/2.
Рис.11 Распределение памяти перемещаемыми разделами
Недостаток этого метода – низкая производительность.
Алгоритмы распределения памяти с использованием внешней памяти
Для полной загрузки процессора могут понадобиться иногда сотни интерактивных задач.
Все они должны быть размещены в памяти, большая часть которых находится в состоянии ожидания.
Логично было бы на время ожидания, в случае нехватки физической памяти, вытеснять их на диск, а когда необходимо, возвращать в память.
Такая подмена (виртуализация) оперативной памяти дисковой памятью существенно повышает уровень мультипрограммирования.
Важно, что все действия по перемещению происходят автоматически, без участия программиста.
Для виртуализации применяются два основных подхода:
Свопинг – образ процесса выгружается на диск и возвращается в память целиком. Часто называется подкачкой.
Виртуальная память – образ процесса выгружается на диск и возвращается в память частями (сегментами, страницами...).
Реализация виртуальной памяти, представлена тремя классами: страничное распределение, сегментное, сегментно-страничное распределение.
Страничное распределение
При страничном распределении виртуальная память делится на части одинакового и фиксированного для данной системы размера, называемыми виртуальными страницами. Вся оперативная память также делится на части такого же размера, называемые физическими страницами. Размер страницы выбирается равным степени двойки: 512, 1024, 4096 и т.д.
Рис12. Страничное распределение
где, таблица страниц – это внутренняя структура ОС. Адрес страницы входит в контекст процесса. Таблица страниц состоит из дескрипторов. Каждый дескриптор включает:
-номер физической таблицы;
-признак присутствия в ОЗУ (формируется аппаратно);
-признак модификации (формируется аппаратно);
-признак обращения (формируется аппаратно);
-пиртуальный адрес, который представлен парой (p, sv) преобразуется в (n, sf).
Объем страницы равен степени 2k, тогда смещение (s) можно получить отделением к разрядов.
Например. Если размер страницы = 1кб (210), то 50718 = 101 000 111 0012, 108=28 – номер страницы.
Схема обращения к физической памяти по виртуальному адресу при страничном распределении
Рис13. Схема преобразования виртуального адреса в физический при страничном распределении
Аппаратно, из регистра извлекается адрес таблицы страниц. На основании номера страницы Р и длины записи L, определяется адрес дескриптора (A=AT+P*L).
Из таблицы извлекается номер физической страницы N. К номеру N присоединяется смещение S.
Размер страниц, (часто 4096) влияет на размер таблиц, а это в свою очередь отражается на производительности. для устранения этого недостатка ВАП может делится на разделы, а в каждом разделе формируется своя таблица страниц. Этот вариант ускоряет поиск.
Сегментное распределение
При страничном распределении виртуальное адресное пространство делится на равные части механически, без учета смыслового значения данных. В одной странице могут одновременно оказаться код программы и исходные данные. Такой подход не позволяет обеспечить раздельную обработку, например защиту, совместный доступ и т.д.
Разбиение адресного пространства на "осмысленные" части устраняет эти недостатки и называется сегментным распределением. Примеры сегментов: код программы, массив исходных данных и пр.
На этапе создания процесса, ОС создает таблицу сегментов процесса, аналогичную таблице страниц (рис.13).
Рис.14. Распределение памяти сегментами
Рис.15. Схема преобразования виртуального адреса в физический при сегментном распределении
где, физический адрес получается путем сложения по модулю 2.
К недостаткам сегментного распределения можно отнести следующие:
Использование операции сложения при формировании физического адреса приводит к понижению производительности
Избыточность. Т.к. сегмент в общем случае может быть больше страницы, то следовательно единица обмена между ОЗУ и диском более крупная, что приводит к замедлению работы.
