УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ. ИЕРАРХИЯ ПАМЯТИ. СЕГМЕНТАЦИЯ. ЛОГИЧЕСКАЯ ПАМЯТЬ. СВЯЗЫВАНИЕ АДРЕСОВ. ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАМЯТЬЮ. СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАМЯТЬЮ. ВИРТУАЛЬНАЯ ПАМЯТЬ. УПРАВЛЕНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ПАМЯТЬЮ
Управление памятью
Организация оперативной памяти и управление ей - одна из главных задач, решаемых операционной системой. Под организацией оперативной памяти понимают, каким образом представляется и используется эта память.
Вне зависимости от схемы организации оперативной памяти существуют различные стратегии управления этой памятью с целью достижения оптимальных характеристик при функционировании ЭВМ. Стратегии управления памятью делятся на следующие категории:
стратегии выборки, которые ставят своей целью определение момента, когда следует поместить очередной блок данных или программы в оперативную память;
стратегии размещения, которые определяют, в какое место оперативной памяти следует поместить поступающую программу;
стратегии замещения,- которые определяют, какой блок программы или данных следует вывести из оперативной памяти, чтобы освободить место для записи вновь поступающих программ или данных.
Иерархия памяти
В настоящее время в ЭВМ сложилась трехуровневая организация памяти. На нижнем уровне находится внешняя память, которая чаще всего сейчас размещается на магнитных дисках. На следующем уровне находится оперативная память и, наконец, на третьем, самом высоком уровне находится так называемая кэш-память. По мере увеличения уровня памяти весьма существенным образом уменьшается время доступа к хранимым в ней данным и объем самой памяти, а стоимость памяти в расчете на один бит информации сильно возрастает. Центральный процессор может непосредственно обращаться к оперативной памяти и кэш-памяти, при этом в случае отсутствия данных в кэш-памяти, но их наличии в оперативной памяти, помещение их из оперативной памяти в кэш-память происходит автоматически только с помощью аппаратных средств, без участия программы. К данным, находящимся во внешней памяти, центральный процессор может обратиться только после их помещения из внешней памяти в оперативную память, для чего программа должна организовать обмен для считывания нужного массива данных из этой внешней памяти в оперативную память.
Разновидности памяти могут быть объединены в иерархию по убыванию времени доступа, возрастанию цены и увеличению ёмкости (рис. 6.1.).
Рис. 6.1. Иерархия запоминающих устройств
Многоуровневую схему используют следующим образом. Информация, которая находится в памяти верхнего уровня, обычно хранится также на уровнях с большими номерами. Если процессор не обнаруживает нужную информацию на i-м уровне, он начинает искать ее на следующих уровнях. Когда нужная информация найдена, она переносится в более быстрые уровни.
Оказывается, при таком способе организации по мере снижения скорости доступа к уровню памяти снижается также и частота обращений к нему.
Ключевую роль здесь играет свойство реальных программ, в течение ограниченного отрезка времени способных работать с небольшим набором адресов памяти. Это эмпирически наблюдаемое свойство известно как принцип локальности или локализации обращений.
Описываемая организация вычислительной системы во многом имитирует деятельность человеческого мозга при переработке информации. Действительно, решая конкретную проблему, человек работает с небольшим объемом информации, храня не относящиеся к делу сведения в своей памяти или во внешней памяти (например, в книгах).
Адреса в основной памяти, характеризующие реальное расположение данных в физической памяти, называются физическими адресами. Набор физических адресов, с которым работает программа, называют физическим адресным пространством.