Эволюция видов организации памяти

Эволюция организации памяти осуществлялась от систем реальной памяти, выделяемой в полное распоряжение одного пользователя, до систем виртуальной памяти, сочетающих методы страничной и сегментной организации.

Реальная память. Однопользовательские системы, когда программа должна занимать один сплошной блок ячеек памяти использовались в ОС первого поколения.

Мультипрограммные системы с реальной памятью.

Мультипрограммирование с фиксированными разделами характерно для ОС второго поколения, когда основная память разбивается на ряд разделов фиксированной длины, и в каждом разделе размещается одно задание, а ЦП переключается с задания на задание, создавая иллюзию одновременного их выполнения.

Однако и такая организация памяти сопряжена с определенными потерями, которые становятся очевидными, когда задания завершаются, а в основной памяти остаются свободные участки - “дыры”. Эти участки можно использовать для размещения других заданий, однако, все равно будут оставаться “дыры”, хотя и меньшего размера. При размещении новых программ, поступающих в ОП реализуют, как правило одну из трех стратегий:

• стратегия наиболее подходящего, когда задание помещают в наиболее подходящий по размеру участок, где остается меньше свободной памяти;

• стратегия первого подходящего, когда задание размещается в первом подходящем по размеру участке;

• стратегия наименее подходящего, когда задание размещают в участке, где остается максимальное свободное пространство, эта абсурдная на первый взгляд стратегия дает возможность в дальнейшем использовать “дыры” максимального размера, для дальнейшего их объединения и использования.

Виртуальная память

Суть концепции виртуальной памяти заключается в том, что адреса, к которым обращается выполняющийся процесс, отделяются от адресов, реально существующих в физической памяти. Те адреса, на которые делает ссылки выполняющийся процесс, называются виртуальными адресами, а те адреса, которые существуют в памяти, называются реальными или физическими адресами.

Несмотря на то, что процессы обращаются только к виртуальным адресам, в действительности они должны работать с реальной памятью, таким образом, во время выполнения процесса виртуальные адреса необходимо преобразовывать в реальные, причем это необходимо делать быстро, чтобы не снижалась производительность вычислительной машины.

Мультипрограммные системы с виртуальной памятью позволяют избежать многих недостатков реальной организации памяти . При организации виртуальной памяти в системах используется сегментная организация, страничная организация или комбинированная сегментно-страничная организация. Поскольку все современные ОС используют концепцию виртуальной памяти, далее мы более подробно остановимся на, сегментной, страничной и сегментно-страничной организации памяти.

Сегментация

Сегментация (segmentation) - это прием организации программ, при котором адресная структура программы отражает ее содержательное членение. При сегментации пространство адресов каждой программы подразделяется на сегменты различной длины, которые соответствуют содержательно разным частям программы. Например, сегментом может быть процедура или область данных. В этом случае адрес состоит из имени сегмента и адреса внутри сегмента - смещения. Поскольку к программным сегментам обращаются по именам, можно при распределении памяти размещать сегменты в несмежных областях памяти, более того, не все сегменты должны одновременно находится в ОП, часть из них может находится во внешней памяти и перемещаться в ОП по мере необходимости.

Как уже указывалось, в системе с сегментацией каждый адрес представляет пару [s,d]: s - имя сегмента и d - смещение. Каждой программе соответствует всегда присутствующая в памяти таблица сегментов, в которой каждому сегменту данного процесса соответствует одна запись. С помощью этой таблицы система отображает программные адреса в истинные адреса ОП. Адрес таблицы хранится в аппаратном регистре, называемом регистром таблицы сегментов.

У сегментации пространства адресов множество преимуществ по сравнению с абсолютной адресацией, и главное - это эффективное использование оперативной памяти. Если в ОП недостаточно места для всех сегментов данной программы, некоторые могут временно располагаться во вспомогательной памяти. Если какой-то программе потребовалось ввести в ОП новый сегмент, то система может любой сегмент убрать из ОП во вспомогательную. Вытесняемому сегменту не обязательно принадлежать той программе, для которой в ОП вводится новый сегмент. Какой таблице сегментов соответствует вытесняемый сегмент, не имеет значения, главное, чтобы при переводе его во вспомогательную память в соответствующей таблице сегментов изменилось значение признака.