Операционные системы

Конспект лекций

ЧАСТЬ 3

УПРАВЛЕНИЕ ПАМЯТЬЮ. КЭШИРОВАНИЕ ДАННЫХ.

ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Для студентов дистанционной формы обучения

специальности 220200 – Автоматизированные системы обработки

информации и управления

Екатеринбург 2005

УДК 681.3.06

Составитель О.М. Зверева

Научный редактор: д-р техн. наук Л.Г. Доросинский

Операционные системы. Конспект лекций. Часть 3:Управление памятью. Кэширование данных. Вопросы безопасности операционных систем / О.М. Зверева. Екатеринбург: Изд-во УМЦ - УПИ, 2005.

В первой половине этой части конспекта лекций описана подсистема управления оперативной памятью и рассмотрен вопрос кэширования данных как один из основных при управлении памятью. При рассмотрении вопроса управления оперативной памятью приведено описание наиболее современной организации оперативной памяти – виртуальной памяти. Во второй части конспекта кратко раскрыт вопрос обеспечения безопасности данных в операционных системах. При изучении второй половины конспекта может возникнуть потребность обращения к части 4, посвященной файловым системам

Библиогр .4 назв. Рис.23.

Подготовлено кафедрой «Автоматизированные системы управления».

 ГОУ ВПО «Уральский Государственный Технический

Университет»-УПИ, 2005г.

7. Управление памятью Введение

Организация и управление основной, илипервичной, илиоперативной памятью вычислительной машины – один из самых важных факторов, определяющих построение операционных систем. В английской технической литературе память обычно обозначается терминомmemory. Для непосредственного выполнения программ или обращения к данным необходимо, чтобы они размещались в основной памяти. Вторичная, или внешняя память (в англ. вариантеstorage), – это, как правило, накопители на магнитных дисках, накопители наCD-ROM, накопители на магнитных лентах и т.д. – имеет гораздо большую емкость, стоит дешевле и позволяет хранить множество программ и данных. В отличие от внешней памяти оперативной памяти для сохранения информации требуется постоянное электропитание.

Иерархия запоминающих устройств

Память вычислительной машины представляет собой иерархию запоминающих устройств (ЗУ), отличающихся средним временем доступа к данным, объемом и стоимостью хранения одного бита (рис. 7.1). Фундаментом этой пирамиды запоминающих устройств служит внешняя память, как правило, представляемая жестким диском. Она имеет большой объем (десятки и сотни гигабайт), но скорость доступа к данным является невысокой. Время доступа к диску измеряется миллисекундами.

На следующем уровне располагается более быстродействующая (время доступа равно примерно 10 - 20 наносекундам) и менее объемная (от десятков мегабайт до нескольких гигабайт) оперативная память, реализуемая на относительно медленной динамической памяти DRAM.

Для хранения данных, к которым необходимо обеспечить быстрый доступ, используются компактные быстродействующие запоминающие устройства на основе статической памяти SRAM, объем которых составляет от нескольких десятков до нескольких сотен килобайт, а время доступа к данным обычно не превышает 8 нс.

И наконец, верхушку в этой пирамиде составляют внутренние регистры процессора, которые также могут быть использованы для промежуточного хранения данных. Общий объем регистров составляет несколько десятков байт, а время доступа определяется быстродействием процессора и равно в настоящее время примерно 2-3 нс.

Все перечисленные характеристики ЗУ быстро изменяются по мере совершенствования вычислительной аппаратуры. В данном случае важны не абсолютные значения времени доступа или объема памяти, а их соотношение для разных типов запоминающих устройств.

Таким образом, можно констатировать печальную закономерность - чем больше объем устройства, тем менее быстродействующим оно является. Более того, стоимость хранения данных в расчете на один бит также увеличивается с ростом быстродействия устройств. Однако пользователю хотелось бы иметь и недорогую, и быструю память. Кэш-память представляет некоторое компромиссное решение этой проблемы. Об этой памяти речь пойдет дальше, а теперь более подробно остановимся на оперативной (основной) памяти.