21.11.02, 09.01.03, 03.03.03

OS-basic 04. Управление физической памятью

Понятие памяти. Функции ОС по управлению памятью. Иерархия памяти. Связное распределение памяти. Несвязное распределение памяти. Связное распределение памяти в однопрограммных системах. Защита памяти в однопрограммных системах. Оверлейные структуры. Мультипрограммирование с фиксированными разделами. Трансляция и загрузка модулей в абсолютных адресах. Трансляция и загрузка перемещаемых модулей. Свопинг. Мультипрограммирование с переменными разделами. Объединение соседних свободных участков памяти. Уплотнение памяти. Стратегии размещения информации в памяти.

Понятия, встречаемые в модуле:

основная память (временная, первичная, оперативная, физическая, реальная память),

внешняя память (вторичная),

функции ОС по управлению памятью,

фрагментация памяти,

дефрагментация памяти,

кэш память,

кэш первого уровня,

кэш второго уровня,

распределение памяти,

связное распределение памяти,

несвязное распределение памяти,

граничный регистр,

статические разделы (с фиксированными границами),

динамические разделы (с переменными границами),

резидентные программы,

загрузка и трансляция в абсолютных адресах,

загрузка и трансляция перемещаемых модулей,

свопинг,

уплотнение памяти (сбор мусора, утряска памяти),

дыра,

стратегии размещения информации в памяти:

наиболее подходящего,

первого подходящего,

наименее подходящего

4.1 Понятие памяти и функции ос по управлению памятью

В данном модуле будем рассматривать основную память компьютера. Ее также называют временной, оперативной, первичной, физической, реальной. В английской технической литературе память обозначается синонимами memory и storage. Основная память является внутренней по отношению к вычислительной системе. Организация и управление основной памятью вычислительной машины — один из самых важных факторов, определяющих построение операционных систем. Для непосредственного выполнения программ или обращения к данным необходимо, чтобы они размещались в основной памяти. Этим и объясняется особая роль памяти, необходимость тщательного управления ею.

Вторичная, или внешняя память — это, как правило, накопители на магнитных дисках (жесткие диски или винчестеры, дискеты), магнитных лентах — имеет гораздо большую емкость, стоит дешевле и позволяет хранить множество программ и данных, которые должны быть наготове для обработки.

В отличие от внешней памяти, современной полупроводниковой оперативной памяти для сохранения информации требуется постоян­ное электропитание.

В ранних ОС управление памятью сводилось просто к загрузке программы и ее данных из некоторого внешнего накопителя (перфоленты, магнитной ленты или магнитного диска) в основную память. С появлением мультипрограммирования у ОС появились функции, связанные с распределением имеющейся памяти между несколькими одновременно выполняющимися программами:

• отслеживание свободной и занятой памяти;

• выделение памяти процессам и освобождение памяти по завершении процес­сов;

• вытеснение кодов и данных процессов из оперативной памяти на диск (пол­ное или частичное), когда размеры основной памяти не достаточны для раз­мещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, ко­гда в ней освобождается место;

• настройка адресов программы на конкретную область физической памяти; динамическое распределение памяти, т.е. выпол­нение запросов процессов на выделение им дополнительной памяти во время их выполнения;

• дефрагментация па­мяти, т.е. ликвидация свободных участков памяти, разбросанных по всему пулу памяти после динамического выделения и освобождения памяти;

• создание новых служебных информационных структур, таких как описатели процессов, различные таблицы распределения ресурсов, буферы, используемые процес­сами для обмена данными и т. п. Все эти систем­ные объекты требуют памяти. В некоторых ОС заранее (во время установки) резервируется некоторый фиксированный объем памяти для системных нужд. В других же ОС используется более гибкий подход, при котором память для системных целей выделяется динамически;

• защита памяти — задача операционной системы, состоящая в том, чтобы не позволить выполняемому процессу записывать или чи­тать данные из памяти, назначенной другому процессу. Эта функция, как прави­ло, реализуется программными модулями ОС в тесном взаимодействии с аппа­ратными средствами.