Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Камтамасыздандыру.docx
Скачиваний:
33
Добавлен:
26.02.2016
Размер:
180.27 Кб
Скачать

2 Процесстің виртуальді адрестік кеңістігі

3 Процесстің виртуальді адрестік кеңістігі

виртуальді  адрестер

1 Процесстің виртуальді адрестік кеңістігі

Оперативті жады

Сурет 2. Бірнеше бағдарламаның виртуалды адрестік кеңістігі

Екі бөлек үрдістердің айнымалылары мен командаларының виртуалды адрестерінің бірдей болуы конфликт тудырмайды. Өйткені бұл адрестердің бір уақытта жадыда болғанымен, операциялық жүйе оларды әр түрлі физикалық жадыда1 бейнелейді.

Әр түрлі операциялық жүйелерде виртуалды адрестік кеңістіктің құрылымы әр түрлі болады. Кейбір операциялық жүйелерде үрдістің виртуалды адрестік кеңістіктері физикалық жады тәрізді виртуалды адрестердің үзіліссіз сызықтық тізбегі ретінде беріледі. Адрестік кеңістітіктің мұндай құрылымын сонымен қатар жазық деп те атайды. Бұл жағдайда виртуалды адрес ретінде  виртуалды адрестік кеңістіктің басына қатысты жылжуды білдіретін сан меншіктеледі (әдетте бұл мән 000...000). Мұндай түрдегі адресті сызықтық виртуалды адрес деп атайды (сурет 3-а).

Басқа операциялық жүйелерде виртуалды адрестік кеңістіктер сегменттер (немесе секциялар, немесе облыстар, немесе басқа да терминдер) деп аталатын бөліктерге бөлінеді. Бұл жағдайда сызықтық адрестің орнына қос санмен (n,m) анықталатын виртуалды адрес қолданылады. Мұндағы n сегментті, ал m сегмент ішіндегі жылжуды білдіреді (сурет 3-б).

Виртуалды адрестер үш немесе одан көп сандардан құралған жағдайда виртуалды адрестік кеңістіктің құрылымы жоғарыда аталғандардан да күрделі болады.

Сурет 3. Виртуалды адрестік кеңістіктер түрлері: (а) жазық, (б) cегментті

Операциялық жүйенің мақсаты барлық орындалып жатқан үрдістердің индивуальді виртуалды адрестік кеңістіктерін жалпы физикалық жадыда бейнелеу болып табылады. Осыған сәйкес операциялық жүйе не барлық виртуалды адрестік кеңістікті, не оның тек белгілі бір бөлігін ғана бейнелейді.

Жадыны үлестіру алгоритмдері

Әрбір үрдіске физикалық жадының бір үзіліссіз облысын тағайындау керек пе, әлде жадыны «бөлшектермен» үлестіру керек пе? Жадыға жүктелген бағдарламаның сегменттері үрдістің түгел орындалу периодында бір орында тұруы керек пе, немесе оны уақыт өткен сайын жылжытып отыру тиімді ме? Егер бағдарлама сегменттері бар жадыға сиыспаса не істеу керек? Әр түрлі операциялық жүйелер жадыны басқарудың осы және осы секілді базалық сұрақтарына өздігінше әр түрлі жауап береді. Бұдан әрі операциялық жүйелердің дамуының әр түрлі периодтарында көрініс берген жадыны үлестірудің әр түрлі әдістеріне тоқталатын боламыз. Олардың кейбіреулері өздерінің маңыздылығын сақтап қалған және замануи операциялық жүйелерде қолданылады, ал кейбіреулері тек танысуға ғана тұрарлық, дегенмен ол әдістерді кейбір арнайы операциялық жүйелерден кездестіруге болады.

Сурет 4-те жадыны үлестірудің барлық алгоритмдері 2 классқа бөлінген: процесс сегменттерін оперативті жады мен дискі арасында ауыстыруға негізделген алгоритмдер және сыртқы жадыны қажет етпейтін алгоритмдер.

Жадыны бөліп беру алгоритмдері

Сыртқы жадыны қолданбайтын

Сыртқы жадыны қолданатын

Фиксирленген бөлімдермен

Динамикалық бөлімдермен

Ауыстырмалы бөлімдермен

Беттік бөлулер

Сегментті бөлулер

Сегментті-беттік бөлуілер

Сурет 4. Жадыны үлестіру әдістерінің классификациясы

Жадыны фиксирленген бөлімдермен үлестіру

Оперативті жадыны қолданудың қарапайым әдісі жадыны бөлімдер деп аталатын бірнеше фиксирленген облыстарға бөлу арқылы жүргізіледі. Мұндай бөлу оператор арқылы жүйе жүктелгенде немесе жүйені орнату барысында орындалады. Бұдан кейін бөлімдер шекарасы өзгертілмейді.

Орындалуға жіберілген кезекті жаңа процесс жалпы кезекке немесе кейбір бөлімдердегі кезекке (Сурет 5) орналасады.

Сурет 5. Жадыны фиксирленген бөлімдермен бөліп беру:

(а) жалпы кезекпен, (б) жеке кезектермен

Жадыны басқарудың жүйеасты жүйесі бұл жағдайда келесі есептерді орындайды:

  1.  Бос бөлімдері бар жадылар көлемін салыстырып, жаңа түскен процесс талап ететін сәйкес бөлімді таңдайды;

  2.  Бағдарламаны бөлімдердің біреуі мен адрестер баптауына жүктейді. Бұл жағдайда бағдарламаны өндеуші бағдарламаның орындалу бөлімін трансляция кезеңінде өзі көрсете алады. Бұл ауыстырушы жүктеуішті қолданбай-ақ жадының нақты бір облысына бағытталған машиналық кодты бірден алуға мүмкіндік береді.

Игеру қарапайымдылығы сияқты айқын басымдылықта, бұл әдістің айтарлықтай кемшілігі бар. Ол оның қаттылығы, яғни әрбір бөлімде тек бір процесс ғана орындала алады және бұл мультибағдарламалау деңгейінің бөлімдер санымен шектелуіне алып келеді. Бағдарламаның көлеміне тәуелсіз ол бүкіл бөлімді қамтиды. Мысалы, үш бөлімді жүйеде өте аз мөлшердегі жады керектігіне қарамастан үш үрдістен артық  процесс орындалмайды. Тағы бір қырынан жадыны бөлімдерге бөлу бағдарламалары жеке бөлімдердің кез-келгеніне симайтын, бірақ бүкіл бөлімді қосқандағы жадыға сиятын үрдістерді орындауға мүмкіндік бермейді.

Жадыны басқарудың мұндай әдісі ертеректегі мультибағдарламалы операциялық жүйелерде қолданылған болатын. Дегенмен, жадыны фиксирленген бөлімдерге бөлу әдісі өзінің игерілуіге деген аз шығындылығымен қазіргі таңдағы кейбір операциялық жүйелерде өз қолданысын тауып жүр.

Жадыны динамикалық бөлімдермен бөлу

Бұл жағдайда машина жадысы алдын-ала бөлінбейді. Бастабында қосымша әрекеттерге сақталған барлық жады бос болады. Жаңадан орындалуға келіп жатқан әр қосымшаға үрдісті құру кезеңінде қажет болатын барлық жады бөлінеді (егер жадының көлемі жетпесе, онда қосымша қабылданбайды және оған процесс құрылмайды). Үрдістің аяқталумен жады босатылады және босаған орынға басқа процесс жүктеле алады. Осыған орай, оперативті жады кез келген сәтте кез келген көлемдегі бос және бос емес аумақтардың кездейсоқ тізбегін береді. 6-суретте динамикалық бөлуді қолдану барысындағы уақыттың әр сәтіндегі жадының күйі көрсетілген. Сонымен t0 болған сәтте жадыда тек операциялық жүйе ғана орналасады, ал tболған сәтте жады 5 процесс арысында бөлінген және П4 процесс жұмысын аяқтап жадыдағы орнын босатуда. П4 үрдістен босаған орынға t3 болған сәтте П6 процесс жіүтелуде.

Ұсынылып отырған әдісті игеруге арналған операциялық жүйенің функциялары төмендегідей:

  1.  Жады аумағының бастапқы адрестері мен көлемдері көрсетілетін бос және бос емес облыстар кестесін құру;

  2.  Жаңа үрдісті құру барысында – жадыға қойылатын талаптар анализін жасау және жаңа үрдістің кодтары мен деректерін орналастыруға көлемі сәйкес келетін бөлімді кестедегі бос және бос емес облыстарды салыстыра отырып таңдау. Бөлімді таңдау әр түрлі ережелерге негізделуі мүмкін, мысалы «жеткілікті көлемдегі бірінші кезіккен бөлім», «ең кіші жеткілікті көлемдегі бөлім» немесе «ең үлкен жеткілікті көлемдегі бөлім».

  3.  Таңдалған бөлімге бағдарламаны жүктеу, бос және бос емес облыстар кестесіне түзетулер енгізу. Берілген тәсіл бағдарлама коды орындалу барысында ауыстырылмайтынын, яғни адрестерді баптау жүктлеумен бірге жүргізілуі мүмкін екендігін көрсетеді;

  4.  Үрдістің яқталуынан кейін бос және бос емес облыстар кестесіне түзетулер енгізу.

Сурет 6. Жадыны динамикалық бөлімдермен бөліп беру

t0   t1         t2   t3 .  .   .      tk

Фиксирленген бөлімдермен жадыны бөлу әдісіні қарағанда бұл әдіс тиімдірек, бірақ бұл әдіске жадының фрагментациялануы деп аталатын маңызды кемшілік тән боп табылады. Фрагментация – бұл өте кіші көлемдегі жадының сыбайлас (смежный) көп аумақтарының (фрагменттердің) болуы. Олардың кіші болуы соншалықты ешбір бағдарлама бұл аумақтардың кез келгеніне сыймайды, бірақ бұл фрагменттердің қосынды көлемі керек жадыдан да асып түсетін үлкендікті беруі мүмкін.

Жадыны динамикалық бөлімдермен үлестіру әдісі 60-70 жылдардағы мултибағдарламалы операциялық жүйелердің жүйасты жүйесінің көпшілігінің негізі болып келді. Нақтырақ айтсақ OS/360 сияқты кеңінен танымал операциялық жүйелерде.

Ауыстырмалы бөлімдер

Франментациялаунумен күресудің негізгі жолдарының бірі барлық бос емес аумақтарды үлкен немесе кіші адрестер жағына ауыстыру, яғни бос аумақтар бірігіп жалғыз бос облысты құрайтындай етіп орналастыру (7-сурет). Динамикалық бөлімдерге бөлу әдісі барысындағы орындайтын функцияларымен қоса операциялық жүйе уақыт өткен сайын бөлімдердің қамтитын ақпараттарын бос және бос емес облыстар кестесіне өзгертулер енгізе отырып жадының бір орнынан бір орнына көшіріп отыруы тиіс. Бұл процедура сығу деп аталады. Cығу әрбір үрдістің аяқталуы кезінде немесе жаңадан құрылатын үрдіске жеткілікті орын жетпеген жағдайда жүргізілуі мүмкін. Бірінші жағдайда бос және бос емес облыстар кестесіне өзгертулер енгізу барысында есептеу жұмыстары аз жүргізіледі, ал екінші жағдайда – сығу үрдісі сирек орындалады.

Сурет 7. Жадыны ауыстырмалы бөлімдермен бөліп беру

Бағдарламалар оперативті жадыда орындарын өздерінің орындалуы барысында ауыстыратын болғандықтан, бұл жағдайда адрестер баптауын орын алмастыру жүктеушісі көмегімен ұйымдастыруға болмайды. Бұл жерде неғрұлым тиімдірегі адрстерді динамикалық түрлендіру болып табылады. Сығу процедурасы жадыны үнемдеп қолдануға алып келгенімен, ол айтарлықтай ұзақ уақытты қажет етеді. Бұл әдістің салыстырмалы кемшілігі осы.

Свопинг және виртуалды жады

Бағдарламаның орындалуы үшін оның оперативті жадыда орналасуы керек. Тек осы жағдайда ғана процессор командаларды жадыдан ала алады және берілген әрекеттерді орындау барысында оларға түсінік береді.  Компьютердегі оперативті жадының көлемі есептеу үрдісінің жүру ретіне айтарлықтай әсер етеді. Ол біруақытта орындалатын бағдарламалар мен олардың виртуалды адрестік кеңістіктерінің көлемін шектейді. Кейбір жағдайларда, мысалы мультибағдарламалаушы қоспаның барлық әрекеттері есептеу болып табылатын болса (яғни процессорды жүктен босататын енгізу-шығару операциялары аз орындалады) , онда процессордың жақсы жұмыс істеуіне тек 3-5 есептің орындалуы жеткілікті болады. Дегенмен егер есептеу жүйесі интерактивті есептерді орындаумен жүктелген болса, онда процессорды тиімді қолдану үшін енді бірнеше ондық, тіпті жүздеген есептер қажет болуы мүмкін. Бұл талдауларды біруақытта орындалатын үрдістер санынан және бұл үрдістердің енгізу-шығаруды күту жағдайындағы уақыт өлшемдерінен алынатын процессордың жүктелу коэфициентіне тәуелді график бейнеленген 8-суреттен  көре аласыз.

 

Сурет 8. Процессордың жүктелуінің есептер саны мен енгізу-шығарудан тәуелділігі

Қазіргі таңда виртуалды жадыны игерудің алуандылығы үш классқа жүктеледі:

  1.  Беттік виртуалды жады декректерді жады мен диск арасында алмастыруды беттермен ұйымдастырады. Бұл жердегі беттер дегеніміз виртуалды адрестік кеңістіктің фиксирленген және салыстырмалы түрде кіші көлемдегі бөлімдері;

  2.  Сегментті виртуалды жады деректердің орнын сегменттермен, яғни деректердің мағыналық мәнін тіркеуден алынған виртуалды адресті кеңістіктің туынды көлемді бөліктерімен алмастыруды ұйымдастырады;

  3.  Сегментті-беттік виртуалды жады екі деңгейлі бөлуді қолданады: виртуалды адресті кеңістік алдымен сегменттерге, ал осыдан кейін сегменттер беттерге бөлінеді. Бұл жерде деректердің орнын ауыстыру бірлігі беттер болып табылады. Жадыны басқарудың бұл әдісі жоғарыда айтылған екі әдістің барлық элементтерін қамтиды.

Сегменттер мен беттерді уақытша сақтау үшін дискіден арнайы облыс немесе файл бөлінеді. Бұларды көптеген операциялық жүйелерде облыс немесе свопинг файл деп атайды. Бұл облыстың келесі бір танымал атауы – беттік файл (page file немесе paging file). Беттік файлдың ағымдағы көлемі операциялық жүйенің мүмкіндігіне зор әсерін тигізетін маңызды параметр боп табылады. Беттік файл неғұрлым үлкен болса, операциялық жүйе біруақытта соғұрлым көп есептерді орындай алады. Дегенмен, біруақытта орындалатын есептердің санын көбейту, олардың жұмыс істеу жылдамдығын шектейтінін ескергеніміз жөн. Өйткені уақыттың маңызды бөлігі бағдарламалық кодтар мен деректерді оперативті жадыдан дискіге, қайтіп керісінше көшіруге шығындалады.

Беттік үлестіру

Сурет 9-те жадыны беттік үлестіру схемасы көрсетілген.

Сурет 9. Жадыны беттік үлестіру

Әрбір үрдістің виртуалды адрестік кеңістіктері берілген жүйе үшін фикисрленген тең көлемді бірдей виртуалды беттер деп аталатын бөліктерге бөлінеді. Жалпы жағдайда үрдістің виртуалды адрестік кеңістігінің көлемі беттің көлемінен кіші болмайды, сондықтан әрбір үрдістің соңғы беті  фиктивті облыспен толықтырылады. Машинаның барлық оперативті жадысы да сол сияқты көлемдегі физикалық беттер деп аталатын бөліктерге бөлінеді. Беттің көлемі екілік деңгеймен тең алынады: 512, 1024, 4096 байт т.б. бұл адрестерді түрлендіру механизмін қарапайым ету үшін қажет.

Үрдістің құрылуы барысында операциялық жүйе оперативті жадыға оның бірнеше виртуалды беттерін жүктейді (кодтық сегмент пен деректер сегменттінің бастапқы беттері). Барлық виртуалды адрестік кеіңстіктердің көшірмесі дискіде сақталады. Сыбайлас виртуалды беттердің сыбайлас физикалық беттерде орналасуы міндетті емес. Әр процесс үшін операциялық жүйе үрдістің барлық виртуалды беттері жайлы жазуды қамтитын ақпаратты құрылым – беттер кестесін құрады.

 Беттің дескрипторы деп аталатын кесте жазуы келесі ақпараттарды қамтиды:

  1.  Берілген виртуалды бет жүйктелеген физикалық беттің нөмірін;

  2.  Егер виртуалды бет оперативті жадыда бар болатын болса, онда бірлікке енгізілетін бар болу белгісі.

Жадының бөлінбелі сегменттері

Виртуалды жадының жүйеасты жүйесі жадының бір сегментінде бірнеше жадының бірге жұмыс істеу мүмкіндігін беретін қолайлы механизмді ұсынады. Ол жады бұл жағдайда бөлінбелі жады деп аталады.

Операциялық жүйенің негізгі мақсаттырының бірі бір процесс орындалып жатқан жадының облысына басқа үрдістің жүктелуін болдырмау болғанымен, жадының белгілі бір облысына бірнеше үрдістерді жүктеу кейбір жағдайларда пайдалы боп табылады екен. Мысалы, бірнеше қолданушы бір уақытта белгілі бір текстік редактормен жұмыс істеп отырған жағдайда, оның кодын оперативті жадыға қайта-қайта жүктей беру тиімді емес. Барлық қолданушыға қызмет көрсететін кодтың тек бір ғана көшірмесін жүктеп қою әлдеқайда үнемді (бұл үшін редактор коды рентерабельді болуы шарт). Редактордың деректері сегментінің жадыда тек бір ғана экземплярда бола алмайтыны анық. Әр қолданушы үшін рекдактирленетін мәтін мен редактордың басқада айнымалыларының мәні сақталатын сегменттің көшірмесі құрылуы тиіс.

Бөлінбелі жадының қолданылуының басқа бір мысалына оның процессаралық деретермен алмасу буфері ретінде қолданылуын келтіруге болады. Бұл жағдайда бір процесс бөлінбелі облысқа енгізіп жатса, енді бір процесс одан оқып жатады.

Виртуалды адрестің жүйеасты жүйесі бар болған жағдайда бөлінбелі сегментті ұйымдастыру үшін оны (жүйеасты жүйесін) берілген сегментке енуі тиіс әр үрдістің виртуалды адрестік кеңістігіне орналастырып, одан кейін бұл виртуалды сегменттерді бейнелеу параметрлерін олар оперативті жадының белгілі бір жалғыз облысына сәйкес келетіндей етіп баптау жеткілікті. Мұндай баптаудың кей бөліктері операциялық жүйеде қолданылатын виртуалды жадының моделіне байланысты (сегментті немесе сегментті-бетті. Таза беттік модель «сегмент» ұғымын қабылдамайды, сондықтан қарастырылып отырған есептің шешілуі бұл модель үшін табылмайды).

Есте сақтау құрылғыларының иерархиясы.

Есептеу машинасының жадысы есте сақтау құрылғыларының (ЕҚ) бір-бірінен деректермен жұмыс істеудің орташа уақытымен және көлемі мен бір байтты сақтау құныдығы бойынша өзгеше болатын иерархияны береді (10-бет). Есте сақтау құрылғыларының бұл пирамидасының табаны сыртқы жады болып табылады (қатты диск). Өйткені ол өте үлкен көлемді қамтиды (ондаған және жүздеген гигабайттар), бірақ мұндағы деректермен жұмыс істеу уақыты айтарлықтай жылдам емес. Дискіге қатынас жасау уақыты миллисекундтармен өлшенеді.

Келесі сатыда барынша тез жұмыс істейтін (қатынасу уақыты шамамен 10-20 наносекундқа тең) және кішірек көлемдегі (ондаған мегабайттн бірнеше гигабайтқа дейін) динамикалық DRAM жадылары негізіндегі оперативті жады орналасады.

Тез қатынасуды қажет ететін деректерді сақтау үшін барынша тез жылдам жұмыс істейтін ыңғайлы SRAM статикалық жадылар қолданылады. Олардың көлемі ондаған килобайттан жүздеген килобайтқа дейін құрайды, ал деректерге қатынасу уақыты әдетте 8 нс-тен аспайды.

Пиирамиданың ең төбесіне деректерді аралық сақтауға қажет болатын процессордың ішкі регистрлері орналасады. Регитрлердің жалпы көлемі ондаған байттарды құрайды, ал жылдамдығы процессердің шапшаңдығымен анықталады және қазіргі таңда шамамен 2-3 нс-ті құрайды.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.