Лабораторная работа. Исследование возможностей операционной системы при работе с памятью

 

Цель работы: приобрести практические навыки использования системных программ для получения информации о распределении памяти в вычислительной памяти.

 

Общие сведения

Память считается не менее важным и интересным ресурсом вычислительной системы, чем процессорное время. А поскольку существует несколько видов памяти, каждый из них может рассматриваться как самостоятельный ресурс, характеризующийся определенными способами разделения.

Опера­тивная память может делиться и одновременно (то есть в памяти одновременно может располагаться несколько задач или, по крайней мере, текущих фрагментов, участвующих в вычислениях), и попеременно (в разные моменты оперативная па­мять может предоставляться для разных вычислительных процессов). В каждый конкретный момент вре­мени процессор при выполнении вычислений обращается к очень ограниченному числу ячеек оперативной памяти. С этой точки зрения желательно память выде­лять для возможно большего числа параллельно исполняемых задач С другой сто­роны, как правило, чем больше оперативной памяти может быть выделено для конкретного текущего вычислительного процесса, тем лучше будут условия его выполнения Поэтому проблема эффективного разделения оперативной памяти между параллельно выполняемыми вычислительными процессами является одной из самых актуальных.

Внешняя память тоже является ресурсом, который часто необходим для выполне­ния вычислений. Когда говорят о внешней памяти (например, памяти на магнит­ных дисках), то собственно память и доступ к ней считаются разными видами ресурса. Каждый из этих ресурсов может предоставляться независимо от другого. Но для полноценной работы с внешней памятью необходимо иметь оба этих ре­сурса. Собственно внешняя память может разделяться и одновременно, а вот дос­туп к ней всегда разделяется попеременно.

Информацию о параметрах разных видов памяти в ОС MS Windows можно получить с помощью Диспетчера задач.

Диспетчер задач позволяет просматривать общее использование памяти на вкладке Быстродействие, где отображается информация в трех разделах:

1) в разделе Выделение памяти содержатся три статистических параметра виртуальной памяти:

а) Всего – это общий объем виртуальной памяти, используемой как приложениями, так и ОС;

б) Предел – объем доступной виртуальной памяти;

в) Пик – наибольший объем памяти, использованный в течение сессии с момента последней загрузки;

2) в разделе Физическая память содержатся параметры, несущие информацию о текущем состоянии физической памяти машины, которая не имеет отношения к файлу подкачки:

а) параметр Всего – это объем памяти, обнаруженный ОС на компьютере;

б) Доступно – отражает память, доступную для использования процессами. Эта величина не включает в себя память, доступную приложениям за счет файла подкачки. Каждое приложение требует определенный объем физической памяти и не может использовать только ресурсы файла подкачки;

в) системный кэш - объемфизической памяти, доступный кэш-памяти системы и оставленный ОС после удовлетворения своих потребностей;

3) в разделе Память ядра – отображается информация о потребностях компонентов ОС, обладающих наивысшим приоритетом. Параметры этого раздела отображают потребности ключевых служб ОС:

а) Всего – объем виртуальной памяти, необходимый ОС;

б) Выгружаемая – информацию об общем объеме памяти, использованной системой за счет файла подкачки;

в) Невыгружаемая – объем физической памяти, потребляемой ОС.

С помощью Диспетчера задач можно узнать объемы памяти, используемые процессами. Для этого перейти на вкладку Процессы, которая показывает список исполняемых процессов и занимаемую ими память, в том числе физическую память, пиковое, максимально использование памяти и виртуальную память. Информация в Диспетчере задач не является полной, а именно:

- в окне Диспетчера задач представлены процессы, зарегистрированные в Windows, не включены драйверы устройств, некоторые системные службы;

- требования к памяти отражают текущее состояние процесса (объемы памяти, занимаемые приложениями в текущий момент);

- поскольку не выводятся временные характеристики, то нет возможности отследить ее изменения.

Утилита TaskList доставляет более обширную информацию по сравнению с Диспетчером задач. Запускается утилита из окна командной строки.

Операционные системы семейства Windows в Служебных программах содержат программу Сведения о системе,с помощью которой можно получить сведения об основных характеристиках организации памяти в компьютере:

- полный объем установленной в компьютере физической памяти;

- общий объем виртуальной памяти и доступной (свободной) в данный момент времени виртуальной памяти;

- размещение и объем файла подкачки.

Щелкнув на кнопке Ресурсы аппаратуры, а затем на кнопке Память, можно получить сведения об использовании физической памяти аппаратными компонентами компьютера.

Изменение размера файла подкачки. Файл подкачки – это область жесткого диска, используемая Windows для хранения данных оперативной памяти. Он создает иллюзию, что система располагает большим объемом оперативной памяти, чем это есть на самом деле. По умолчанию файл подкачки удаляется системой после каждого сеанса работы и создается в процессе загрузки ОС. Размер файла подкачки постоянно меняется по мере выполнения приложений и контролируется ОС. Для самостоятельной установки размера файла подкачки нужно выполнить следующую последовательность действий:

а) щелкнуть правой кнопкой мыши по значку Мой компьютер и выбрать в контекстном меню строку Свойства;

б) перейти на вкладку Дополнительно и нажать кнопку Параметры в рамке Быстродействие;

в) в появившемся окне Параметры быстродействия нажать кнопку Изменить.

Предварительно следует выбрать принцип распределения времени процессора: для оптимизации работы программ (если это пользовательский компьютер), или служб, работающих в фоновом режиме (если это сервер). Кроме того, следует задать режим использования памяти: для пользовательского компьютера – оптимизировать работу программ, для сервера – системного кэша.

Основное правило – при небольшом объеме оперативной памяти файл подкачки должен быть достаточно большим. При большом объеме оперативной памяти (512 Мбайт) файл подкачки можно уменьшить. Можно установить Исходный размер файла подкачки, равный размеру физической памяти, а Максимальный размер не более двух размеров физической памяти. После этого нажать кнопку Задать и убедиться, что новое значение файла подкачки установлено. Щелкнуть на кнопке ОК. Выйдет сообщение, что данное изменение требует перезагрузки компьютера. Нажать ОК.

 

Задания к лабораторной работе

7.2.1 Система устраняет свободные участки памяти с помощью уплотнения. Предположим, что множество свободных участков сегментов данных распределены случайно, а время для чтения или записи 32-разрядного слова в памяти равно 10 нс. Сколько времени займет уплотнение 128 Мбайт памяти в худшем случае? Построить график времени уплотнения в зависимости от объема занятой памяти.

 

7.2.2 Компьютер имеет 32-разрядное адресное пространство и страницы размером 8 кбайт. Таблица страниц целиком поддерживается аппаратно, на запись в ней отводится одно 32-разрядное слово. При запуске процесса таблица страниц копируется из памяти в аппаратуру, одно слово требует 10 тс. Какая доля времени процессора жертвуется на загрузку таблицы страниц, если каждый процесс работает в течение 100 мс (включая время загрузки таблицы страниц)?

 

7.2.3 Используя командную строку, получить отчетыо распределении памяти в системе с помощью команды mem. Указанная команда предназначена для вывода информации о распределении оперативной памяти между загруженными программами. Выполнение команды без параметров выводит информацию об объемах свободной и занятой памяти. Ключ /program выводит информацию обо всех загруженных в память программах, включая системные программы. При ключе /debug в отчет включаются данные о внутренних системных драйверах. Просмотреть и проанализировать отчеты о распределении памяти всеми указанными способами.

 

Требования к отчету

Отчет по работе выполняется на бумажном носителе и должен содержать:

- задание к работе;

- описание тех или иных действий, выполненных для получения результата, или листинги программ с комментариями;

- снимки экрана с результатами работы;

- выводы по каждому заданию.

 

7.4 Контрольные вопросы

7.4.1 Какие способы распределения памяти используются в современных операционных системах?

7.4.2 Какие способы разделения используются при разделении оперативной памяти?

7.4.3 Какие способы разделения используются при разделении внешней памяти?

7.4.4 Что характерно для методов неразрывного распределения памяти?

7.4.5 Чем характеризуются методы непрерывного распределения и распределения с перекрытием?

7.4.6 Что характерно для методов разрывного распределения памяти?

7.4.7 Какую информацию можно получить с помощью Сведений о системе?

7.4.8 С какой целью используется файл подкачки?

7.4.9 Какую информацию о памяти позволяет получить утилита TaskList?

7.4.10 Как осуществляется изменение размера файла подкачки?