Занятие 2.1. Динамические разделы

Цель занятия: освоить основы организации управления памяти динамическими разделами, оценить эффектив­ность управления памяти динамическими разделами

Краткое изложение теоретического материала

Управление оперативной памятью (ОП) динами­ческими разделами применялось в ОС ранних поколений; однако и в настоящее время этот способ управления памятью остаётся актуальным, так как используется для управлением пулом памяти базы данных ОС, в котором размещаются управляющие блоки ОС: блок управления процессом, блок управления устройством, блок управления файлом и другие.

В ранних поколениях ОС оперативная память рас­сматривалась как одномерный массив байтов (слов). Для выделения процессу ЦП требовалось выполнение двух условий: полное размещение процесса (исполнимого файла) в оперативной памяти; связное выделение памяти процесса в виде одного непрерывного участка.

В этом случае текущее распределение памяти пол­ностью описывается массивом границ (начальный и конечный адреса либо начальный адрес и длина) памяти процессов. Аналогичный описатель можно использовать и для оставшихся свободных участков ОП:

Первоначально загруженные процессы занимают один непрерывный участок памяти вслед за кодом ОС. Однако ввиду случайного времени их завершения, сво­бодные и занятые участки становятся разбросанными в массиве байтов ОП:

Такую ситуацию называют фрагментацией памяти. При выборе требуемого участка памяти для нового процесса ОС может применять критерии первого подходящего участка либо наиболее подходящего участка. Однако возможна ситуация, при которой общий объем свободной памяти удовлетворяет требованиям процесса, но составлен суммой размеров несмежных свободных участков. В этом случае был предложен специальный метод реорганизации ОП, называемый перемещением. Запускается специальный модуль управления памяти ОС, который сдвигает (копирует) все процессы в ОП для устранения фрагментации и образования одного непрерывного участка свободной ОП:

Следует отметить, что перемещение неизбежно влечёт за собой накладные расходы ОС в виде дополнительного времени копирования процессов в ОП. Хотя архитектура многих процессоров предлагает специальные операции быстрого копирования блоков памяти, эти расходы могут быть существенными для общей производительности ВС.

Мультипрограммный режим делает актуальными аппаратные средства защиты памяти для предотвращения (ошибочного либо намеренного) изменения кодов одного процесса некоторым другим процессом. Заметим, что средства защиты памяти крайне необходимы и однопрограммным ОС для защиты раздела памяти самой ОС от вмешательства исполняемого процесса. В большинстве ОС с управлением памятью динамическими разделами эта проблема решается путём использования аппаратных регистров границ текущего процесса. При обращении к адресам памяти вне границ генерируется аппаратное прерывание по защите памяти, которое затем обрабатывается ОС.

Задание

Выполнить ручную трассировку средств управления оперативной памятью. Заполнить трассировочную таблицу. Оценить эффективность управления памятью. Характеристики ОС: динамические разделы, мультипро­граммирование, приоритетная дисциплина.

Порядок выполнения

1. Выполнить ручную трассировку работы средств управ­ления ОП.

2. Заполнить трассировочные таблицы.

3. Выполнить анализ накладных расходов на перемещение процессов.

4. Сформулировать преимущества и недостатки управления памяти динамическими разделами.

П ример выполнения

Размер ОП - 70

Характеристики выполняемых процессов

Пример заполнения трассировочной таблицы

Варианты заданий - Приложение 1.4.

Контрольные вопросы

1. Каким образом описывается распределение памяти при использовании динамических разделов?

2. Почему возникает фрагментация памяти при использовании динамических разделов?

3. Каким образом ликвидируется фрагментация памяти?

4. Какие аппаратные средства применяются для защиты оперативной памяти?