Správa hlavní paměti, metody přidělování paměti, virtuální paměť
Z FAV wiki
Ideál programátora
- Pameť nekonecně velká, rychlá, levná
- Zároveň persistentní (uchovává obsah po vypnutí)
- Bohužel neexistuje
Reálný počítač - hierarchie paměti ("pyramida")
- Registry CPU
- Malé množství rychlé cache paměti
- Stovky MB až gigabajty RAM paměti
- GB na pomalých, levných, persistentních discích
Modul pro spravu pameti
- informace o prideleni pameti
- ktera cast je volna pridelena (a kteremu procesu)
- pridelovani pameti na zadost
- uvolneni pameti, zarazeni k volne pameti
- odebira pamet' procesum
- ochrana pameti
- pristup k pameti jineho procesu
- pristup k pameti OS
Funkce MMU (memory managment unit)
- Dostava adresu od CPU, prevadi na adresu do fyzicke pameti
- Nejprve zkontroluje, zda adresa neni vetsi nez limit Ano - vyjimka, Ne - k adrese pricte bazi
- Pokud baze 1000, limit 60
- Adresa 55 - ok, vysledek 1055
- Adresa 66 - není ok, vyjimka
Tri varianty rozdeleni pameti
- OS ve spodni casti adresniho prostoru v RAM (minipocitace)
- OS v horni casti adresniho prostoru v ROM (zapouzdrene 2. systemy)
- OS v RAM, ovladace v ROM (PC { MS DOS v RAM, BIOS v 3. ROM)
Část OS, která spravuje paměť, se nazývá správce paměti
- Udržuje informaci, které části paměti se používají a které jsou volné
- Alokuje paměť procesům podle potřeby
- Zařazuje paměť do volné paměti po uvolnění procesem
- Jednoprogramové systémy bez odkládání a stránkování
- Nejjednodušší - spouštíme pouze jeden program v jednom čase
- Dovoluje procesu použít veškerou paměť, kterou nepotřebuje OS
- Po skončení procesu je možné spustit další proces
- Multiprogramování s pevným přidělením paměti
- Nejjednodušší schéma = rozdělit paměť na n oblastí (mohou být i různé velikosti)
- V historických systémech se provádělo ručně při startu zdroje
- Po načtení úlohy je obvykle část oblasti nevyužitá
- Snaha umístit úlohu do nejmenší oblasti, do které se vejde
- Multiprogramování s proměnnou velikostí oblasti
- Každé úloze je přidělena paměť podle požadavku
- Obsazení paměti se postupně mění, jak úlohy přicházejí a končí
- Zlepšuje využití paměti
- Postupem času může vzniknout mnoho malých volných oblastí
- OS musí vědět, která paměť je volná a která alokovaná
Obsah |
Nejpoužívanější způsoby správy paměti
níže
Správa paměti pomocí bitových map
- Paměť rozdělena do alokačních jednotek stejné délky
- S každou alokační jednotkou sdružen jeden bit (0 = volno, 1 = obsazeno), tyto bity jsou pohromadě v bitové mapě
- menší alokační jednotky = větší bitmapa
- Větší alokační jednotky = více nevyužité paměti, protože velikost procesu nebude přesně násobek alokační jednotky
- Výhoda - konstantní velikost bitmapy
- Nevýhoda - pokud požadujeme úsek paměti velikosti N alokačních jednotek, musí se v bitmapě vyhledat N po sobě následujících nulových bitů (drahá operace)
Správa paměti pomocí seznamů
- Myšlenka udržovat seznam alokovaných a volných oblastí
- Každá položka seznamu obsahuje:
- Informaci, zda se jedná o proces nebo díru (P nebo H)
- Počáteční adresu oblasti
- Délku oblasti
- Práce se seznamem:
- Pokud proces skončí, nahradí se dírou
- Pokud jsou vedle sebe dvě díry, sloučí se
- Seznam je dobré mít seřazený podle počáteční adresy oblasti
- zároveň je seznam obousměrný, takže se snadno vrací
Možnosti alokace:
- Algoritmus first fit
- Prohledávání seznamu, dokud se nenajde dostatečně velká díra
- Rychlý
- díra se rozdělí na proces a zbytek díry
- Algoritmus next fit
- Prohledávání začne tam, kde skončilo předchozí
- o trochu pomalejší než first-fit
- Algoritmus best fit
- Prohledá celý seznam, vezme nejmenší díru, do které se proces vejde
- Pomalejší, protože prohledává celý seznam
- zase ale najde nejlepší místo (byť na druhou stranu pak zbyte spousta malých nepoužitelných děr)
Možná vylepšení
- oddělěné seznamy děr a perocesů (rychlejší alokace, pomalejší dealokace
- seznam děr seřazený podle velikosti (rychlé best fit, opět náročná dealokace)
- místo samostatného seznamu děr lze využít samotné díry, které na sebe odkazují - úspora paměti
Mechanismus „buddy system“
- Mějme seznamy volných bloků velikosti 1,2,4,8,16 … alokačních jednotek až do seznamu bloků velikosti celé paměti
- Na začátku veškerá paměť volná, všechny seznamy jsou prázdné kromě seznamu obsahující 1 položku velikosti paměti
- Přijde-li požadavek, zaokrouhlí se nahoru na mocninu 2
- Blok se rozdělí na 2 bloky, pokud ještě moc velké, jeden z nich se zase rozdělí na 2 bloky atd.
- Uvolnění paměti: pokud jsou volné oba sousední bloky stejné velikosti, spojí se do jednoho
- Neefektivní ve využití paměti, ale rychlý
Příklady použití:
- Buddy system - jádro Linuxu, běží ve fyzické paměti
- First fit, Next fit - malloc v C
- Bitová mapa - SWAP v Linuxu
Virtuální paměť
- Problém, že programy jsou větší než dostupná fyzická paměť
- Chceme, aby ve skutečné paměti byla realizovaná pouze část adresového prostoru, zbytek může být odložen na disku
- Procesor používá tzv. virtuální adresy
- Pokud je požadovaná část virtuálního paměťového prostoru ve fyzické paměti, MMU převede virtuální adresu na fyzickou
- Pokud není ve fyzické paměti, OS jí musí přečíst z disku
- Většina systémů virtuální paměti používá techniku nazývanou stránkování
