12 Организация виртуальной памяти.

Информация, с которой работает активный процесс, должна располагаться в ОП. Термин виртуальная память предполагает возможность адресации памяти гораздо большего объема, чем емкость имеющейся физической памяти, т.е. это совокупность программных и аппаратных средств , позволяющих запускать программы размер которых превышает размер оперативной памяти. В этом случае, занимаемая процессом память разбивается на несколько частей, например страниц. Логический адрес, к которому обращается процесс, динамически транслируется в физический адрес. Когда страница, к которой обращается процесс, не находится в физической памяти организовывается ее подкачка с диска.

Существует 2 общепринятых способа организации виртуальной памяти:

• Страничная организация и Сегментная

• Комбинированная странично -сегментная организация памяти, которая применяется в современных ОС.

Суть концепции виртуальной памяти заключается в том, что адреса, по которым обращается выполняющийся процесс отличается от адресов реально существующих в первичной памяти. Перв. называется – виртуальными адресами, а вторые реальными.

Механизм динамического преобразования адресов преобразует виртуальные адреса в реальные во время выполнения процессов. Такие механизмы преобразования должны вести таблицы, показывающие какие ячейки виртуальной памяти находятся в реальной и где именно. Если бы такое отображение осуществлялось бы побайтно, то для хранения таких таблиц потребовалось бы слишком много места и большее время тратилось на отображение. Поэтому для отображения информация группируется в блоки и увеличении блока ведет к уменьшению памяти, требующейся для механизма отображения.

Если блоки имеют фиксированный размер, то они называются страницами и организация памяти называется страничной. Если такие блоки имеют переменные размеры, то они называются сегментами и организация памяти сегментная. Если сегменты переменных размеров состоят из страниц постоянных размеров то организация сегментно-страничная.

13 Стратегии замещения и размещения страниц. Принцип локальности

Стратегия выборки – цель определить в какой момент времени следует переписать страницу из внешней памяти в первичную.

А) Выборка по требованию- предполагает, что страница, загружается в память, только после того, как она потребуется какому либо процессу.

Б) Выборка с упреждением – предполагает, что система пытается заранее определить страницы, которые потребуются и заблаговременно загрузить ее в память.

В) современных системах обычно используется выборка по требованию с кластеризацией, т.е. загружается та страница, которая требуется и вместе с ней загружается расположенные рядом с ней страницы, т. К. они с большей степенью вероятности потребуются в будущем.

Стратегия размещения – их цель определить, в какое место памяти помещать вновь поступающую страницу. Обычно используют стратегию первоподходящего места.

Стратегия замещения- их цель определить, какую страницу следует удалить из памяти, чтобы освободить место для вновь поступающих страниц, в случае если память вся заполнена.

Используются след принципы:

1. Принцип оптимальности - для обеспечения оптимальных скоростных характеристик следует заменить ту страницу, к которой в дальнейшем не будет обращения в течении наиболее долгого промежутка времени.

2. Замещение случайных страниц

3. Замещение первой пришедшей страницы FIFO- по этому принципу каждой странице в момент ее поступления в память присваивается временная метка. В случае замещения выбиратся наиболее старая.

4. Вторая попытка- модернизация метода FIFO- в данном случае помимо временной метки каждой странице присваивается бит обращения. Если страница самая старая и к ней не было обращений, то страница замещается. Если обращения были то время загрузки обновляется и она перемещается в конеч списка претендентов на замещение.

5. Замещение наименее часто используемой страницы- контролируется частота обращения к странице, но подход может быть не рационален т.к наименьшую частоту может иметь страница, которая только была загружена.

6. Замещение не использующейся в последнее время страницы- применяется в ЮНИКС. Каждые 250 млсек. Страничный демон сравнивает количество свободных страничных блоков с ¼ объемом ОП. Если кол-во свободных блоков меньше ¼ ОП то страничный демон начинает сканировать страницы как по часам. На первом проходе он обнуляет все биты обращения. Те страницы которые активно используются обратились в 1.НА втором проходе демон проверяет бит обращения и если у стр. бит обращения = 0, то он сбрасывает страницу в файл подкачки. Алгоритм предусматривает наличие 2 битов признаков: бит признак обращения; бит признак модификации. Получается 4 группы страниц. Страницы групп с меньшим номером замещаются в первую очередь.

Принцип локальности.

Большинство стратегий управления памятью базируется на концепции локальности, суть которой заключается в том, что распределение запросов , процессов на обращение к памяти носит неравномерный характер с высокой степенью локальной концентрации. Свойство локальности проявляется как во время так и в пространстве.

Временная локальность означает, что если к искомой ячейки памяти было обращение , то с высокой степенью вероятности к ней будет обращение в ближ. будущем. Это свойство обьясняется наличием подпрограмм, циклов, счетчиков.

Пространственная локальность означает что если к какой то ячейки памяти было обращение , то с большей степени вероятности будут обращение к соседним ячейкам памяти. Это обьясняется наличием массивов последовательных кодов выполнения программы, тенденция описания взаимосвязанных переменных рядом друг с другом.

На основе изучения свойств локальности сформулирована теория рабочего множества. Рабочее множество – подмножество страниц , к которым процесс активно обращается. Для обеспечения эффективности выполнения программ необходимо чтобы его рабочее множество находилось в ОП. Иначе может возникнуть режим чрезмерной интенсивной подкачки страниц. Рабочее множество со временем меняется.