Функции системы управления памятью

 

Чтобы обеспечить эффективный контроль использования памяти, ОС должна выполнять следующие функции:

1. отображение адресного пространства процесса на конкретные области физической памяти;
2. распределение памяти между конкурирующими процессами;
3. контроль доступа к адресным пространствам процессов;
4. выгрузка процессов (целиком или частично) во внешнюю память, когда в оперативной памяти недостаточно места;
5. учет свободной и занятой памяти.

                                                              

Простейшие схемы управления памятью

 

Первые ОС применяли очень простые методы управления памятью.

1. Вначале каждый процесс пользователя должен был полностью поместиться в основной памяти, занимать непрерывную область памяти, а система принимала к обслуживанию дополнительные пользовательские процессы до тех пор, пока все они одновременно помещались в основной памяти.

2. Затем появился "простой свопинг": система по-прежнему размещает каждый процесс в основной памяти целиком, но иногда, на основании некоторого критерия, целиком сбрасывает образ некоторого процесса из основной памяти во внешнюю и заменяет его в основной памяти образом другого процесса. Выгруженный процесс может быть возвращен в то же самое адресное пространство или в другое. Это ограничение диктуется методом связывания. Для схемы связывания на этапе выполнения можно загрузить процесс в другое место памяти.

Схема с фиксированными разделами

 

Представляет собой предварительное разбиение оперативной памяти (обычно на этапе генерации или в момент загрузки системы) на несколько разделов фиксированной величины.

Поступающие процессы помещаются в тот или иной раздел.

При этом происходит условное разбиение физического адресного пространства.

Связывание логических и физических адресов процесса происходит на этапе его загрузки в конкретный раздел, иногда – на этапе компиляции.

Каждый раздел может иметь свою очередь процессов, а может существовать и глобальная очередь для всех разделов.

Подсистема управления памятью оценивает размер поступившего процесса, выбирает подходящий для него раздел, осуществляет загрузку процесса в этот раздел и настройку адресов.

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           

Схема с фиксированными разделами: (a) – с общей очередью процессов, (b) – с отдельными очередями процессов

 

Недостатки:

1. число одновременно выполняемых процессов ограничено числом разделов;

2. данная схема сильно страдает от внутренней фрагментации, т.е. потери части памяти, выделенной процессу, но не используемой им. Фрагментация возникает потому, что процесс не полностью занимает выделенный ему раздел или потому, что некоторые разделы слишком малы для выполняемых пользовательских программ.

Один процесс в памяти – частный случай предыдущей схемы

 

Примером такой организации может служить ОС MS-DOS.

В памяти размещается один пользовательский процесс. На его расположение в памяти влияет расположение вектора прерываний, который обычно локализован в нижней части памяти, поэтому ОС также размещают в нижней.

Защита адресного пространства ОС от пользовательской программы может быть организована при помощи одного граничного регистра, содержащего адрес границы ОС.

Оверлейная структура

 

Техника оверлей (overlay) или организация структуры с перекрытием предполагает держать в памяти только те инструкции программы, которые нужны в данный момент.

Данная техника возникла исходя из того, что иногда размер логического адресного пространства процесса может быть больше, чем размер выделенного ему раздела (или больше, чем размер самого большого раздела), иногда