Управление виртуальной памятью

Все методы управления памятью имеют одну и ту же цель - хранить в памяти мультипрограммную смесь, необходимую для мультипрограммирования.

Виртуальная память - это технология, которая позволяет выполнять процесс, который может только частично располагаться в основной памяти. Таким образом, виртуальная память позволяет выполнять программы, размеры которых превышают размеры физического адресного пространства.

Виртуальный ресурс - это ресурс, который пользователю предоставляется, но которым он в действительности не обладает. Виртуальные ресурсы хранения данных позволяют при использовании данных преодолеть существующие ограничения.

Виртуализация памяти существует в двух вариантах.

1) Свопинг - данные выгружаются на диск и возвращаются в ОП целиком. Что вызывает избыточную информатизацию памяти и приводит к её неэффективному использованию.

Виртуальная память - между ОП и диском перемещаются части (сегменты, страницы) процессов. Виртуальная память имеет сегментно-страничную адресацию и организованна в иерархической системе.

Под виртуализацией памяти понимается упрощение сложных и неоднородных конфигураций памяти за счет логического представления физических ресурсов. Корни виртуализации памяти — в таких концепциях, как виртуальная память для вычислений, где используется смесь компьютерной и энергонезависимой памяти для обеспечения однородного виртуального пространства памяти, большего, чем фактически доступная физическая память компьютера.

Когда используется виртуальная память, виртуальные адреса не передаются диспетчеру памяти который отображает виртуальные адреса на физические адреса памяти. Пространство виртуальных адресов разделено на единицы, называемые страницами. Соответствующие единицы в физической памяти называются страничными блоками. Страницы и их блоки имеют всегда одинаковый размер (от 512 байт до 64 Кбайт). Передача данных между ОЗУ и диском всегда происходит в страницах.

Страничные файлы (page files) предназначены для хранения модифицированных страниц, которые используются каким-то процессом, но должны быть выгружены из памяти на диск. Пространство в страничном файле резервируется, когда происходит начальная передача страниц, но реальные участки страничного файла не выбираются до тех пор, пока страницы не выгружаются на диск.

Достоинства использования страничного файла:

- достаточно большой объём прямо адресуемой памяти

- программы пользователя могут размещаться в любых свободных страницах

- повышение уровня мультипрограммной работы

недостатки:

- количество времени, которое машина тратит на обращение к внешней памяти

- наличие в компьютере сверх

Билет 11

Понятие прерывания. Аппаратные (маскируемые и немаскируемые) и программные (нарушения, ловушки, и аварии). Каскадное включение контроллеров прерываний. Схема. Понятие ведущего и ведомого контроллера. Использование входов IRQ и их назначение.

Прерывание – это важная процедура, которая позволяет изменить нормальную последовательность команд, выполняемых процессором.

Процессор должен реагировать на события, которые происходят вне его. Эту реакцию можно реализовать двумя способами:

Процессор должен постоянно просматривать все уст-ва, которые могут потребовать его внимания. Такой способ неэффективен, т.к. большая часть времени процессора может уйти на сканирование.

2. Использование прерываний. Сущность прерывания заключается в следующем:

Аппаратные неполадки:

В работе любой системы время от времени происходят сбои. Как уже говорилось, нормальное функционирование компьютера - это выполнение подходящих и безошибочных программ на исправной электронике. В компьютере появляются и аппаратные, и чисто программные неисправности. Разделение неполадок на эти две группы имеет прямое практическое значение. Аппаратные причины обычно ведут к замене неисправных комплектующих. "Лечение" программных сбоев обходится гораздо дешевле достаточно определить и наладить работу виновной программы, в крайнем случае приходится переустанавливать всё программное обеспечение.

Контроллер прерываний (англ. Programmable Interrupt Controller, PIC) — микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность последовательной обработки запросов на прерывание от разных устройств

Аппаратные прерывания – прерывания от устройств компьютера.

Программные прерывания – прерывания, которые вырабатывают процессы, находящиеся на стадии выполнения.

Логические прерывания – Эти прерывания вырабатывает сам процессор, когда встречается с каким-либо необходимым условием

Каскадное соединение этих микросхем, при котором выход INT одной микросхемы подается на вход одного из уровней irq другой микросхемы Это позволяет организовать обработку запросов от большего числа источников. При этом один контроллер является ведущим, а другой - ведомым (тот, который подключен ко входу irq ведущего) При инициализации ведущего контроллера ICW3M сообщает, к каким его входам irq подсоединены ведомые контроллеры. Соответственно, при инициализации ведомого контроллера нужна другая форма этого приказа, которая несет информацию о том, к какому входу ведущего подключен данный ведомый контроллер.

2. Методы распределения памяти (без использования и с использованием внешней памяти). Распределение памяти фиксированными, динамическими и перемещаемыми разделами. Понятие сегмента и страницы. Основные отличия.

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Обычно ОС располагается в самых младших адресах, однако может занимать и самые старшие адреса. Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Методы распределения памяти без использования дискового пространства:

-Фиксированными разделами - разделение памяти на несколько разделов фиксированной величины

-Динамическими разделами - В этом случае память машины не делится заранее на разделы. Сначала вся память свободна. Каждой вновь поступающей задаче выделяется необходимая ей память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то задача не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача.

- Перемещаемыми разделами - Одним из методов борьбы с фрагментацией (это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов))является перемещение всех занятых участков в сторону старших либо в сторону младших адресов, так, чтобы вся свободная память образовывала единую свободную область

Методы распределения памяти с использования дискового пространства:

Виртуальная память - это технология, которая позволяет выполнять процесс, который может только частично располагаться в основной памяти. Таким образом, виртуальная память позволяет выполнять программы, размеры которых превышают размеры физического адресного пространства.

Виртуальная память решает следующие задачи:

• размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;
• перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;
• преобразует виртуальные адреса в физические.

Страничное распределение: Виртуальное адресное пространство каждого процесса делится на части одинакового, фиксированного для данной системы размера, называемые виртуальными страницами. В общем случае размер виртуального адресного пространства не является кратным размеру страницы, поэтому последняя страница каждого процесса дополняется фиктивной областью.