Операционные системы, понятие и классификация

Самый эффективный способ по которому выделяется "самый неподходящий участок". Если есть такой фрагмент, то он сразу будет найден и поскольку этот фрагмент самый большой, то после выделения из него раздела памяти для задачи, оставшуюся область памяти можно будет использовать в дальнейшем.

При любой дисциплине обслуживания, по которой работает диспетчер памяти, из-за того что задачи появляются и завершаются в произвольный момент времени и при этом имеют разные объемы, в памяти всегда будет наблюдаться сильная фрагментация. В этой ситуации можно организовать уплотнение памяти Для уплотнения памяти все вычисления приостанавливаются и диспетчер памяти корректирует свои списки, перемещая свои разделы в начало памяти(или наоборот, а область старших адресов).

При определении физических адресов задачи, будут участвовать новые значения базовых регистров, с помощью которых и осуществляется преобразование виртуальных адресов в физические. При этом теряется время на уплотнение и невозможно выполнять сами вычислительные процессы.

Данный способ распределения памяти применялся достаточно длительное время в некоторых ОС, поскольку в нем для задач определяется непрерывное адресное пространство, а это упрощает создание систем программирования и их работу.

Применяется этот способ и сейчас при создании систем на базе контроллеров с упрощенной архитектурой.

15. Простое непрерывное распределение памяти и распределение памяти с перекрытием

Простое непрерывное распределение - это самая простая схема согласно которой вся память условно может быть разделена на три области:

область занимаемая ОС,

область в которой размещается исполняемая задача,

свободная область памяти.

Эта схема предполагает что ОС не поддерживает мультипрограммирования. Программные модули, необходимые для всех программ, располагаются в области самой ОС, а вся оставшаяся может быть представлена задаче. Эта область памяти получается непрерывной, что облегчает работу системы программирования.

Т.к в различных однотипных вычислительных комплексах может быть разный состав внешних устройств, для системных нужд могут быть отведены отличающиеся объемы оперативной памяти поэтому можно не привязывать жестко виртуальные адреса программы к физическому адресному пространству. Эта привязка осуществляется на тапе загрузки задачи в память.

Для того чтобы для задач отвести как можно больший объем памяти, ОС строится таким образом, чтобы постоянно в оперативной памяти располагалась только самая нужная ее часть. Это часть называется ядром ОС.

В ядро ОС входят основные модули сервера.

Для однопрограммных систем понятие супервизора вырождается в модули, получающие и выполняющие первичную обработку запросов от обрабатывающих и прикладных программ и в модули подсистемы памяти.

Если программа по ходу своего выполнения запрашивает некоторое множество ячеек памяти, то подсистема памяти должна их выделить, а после освобождения этой памяти, подсистема памяти должна выполнить действия связанные с возвратом памяти в систему.

Остальные модули ОС, не относящиеся к ее ядру могут быть обычными диск-резидентными (или транзитными), то есть загружаются в оперативную память только по необходимости, а после своего выполнения вновь освобождать память.

Такая схема распределения влечет за собой два вида потерь вычислительных ресурсов, потеря процессорного времени, потому что процессор простаивает, пока задача ожидает завершения операций ввода-вывода и потеря самой оперативной памяти, потому что не каждая программа использует всю память, а режим работы в этом случае однопрограммный.

Единственное что желательно защищать - это программные модули и область памяти самой ОС.

Распределение с перекрытием (оверлейные структуры) используется если необходимо создать программу логическое адресное пространство которой должно быть больше, чем свободная область памяти, или даже больше чем весь объем оперативно памяти.

Этот метод распределения предполагает что вся программа может быть разбита на части - сегменты. Каждая оверлейная программа имеет одну главную часть и несколько сегментов, при чем в памяти машины одновременно могут находится только ее главная часть и один или несколько перекрывающихся сегментов. Пока в оперативной памяти располагаются выполняющиеся сегменты, остальные находятся во внешней памяти. После того как текущий сегмент завершит свое выполнение, возможны два варианта: либо он сам (если данный сегмент не нужно сохранить во внешней памяти в его текущем состоянии) обращается к ОС с указанием, какой сегмент должен быть загружен в память следующим, либо он возвращает управление главному сегменту задачи, и уже не обращается к ОС с указанием, какой сегмент сохранить, а какой загрузить в оперативную память, и вновь отдает управление одному из сегментов, располагающихся в памяти.

Простейшие схемы сегментирования предполагают, что в памяти в каждый конкретный момент времени может располагаться только один сегмент (вместе с главным модулем).

Более сложные схемы используются в больших вычислительных системах, позволяют располагать в памяти несколько сегментов. В некоторых вычислительных комплексах могли существовать отдельно сегменты кода и сегменты данных.

16. Сегментный способ организации памяти

Программу разбивают на части и каждой части выделяют физическую память. Логическое обращение к элементам программы будет состоять из имени сегмента и смещения относительно начала этого сегмента. Физическое имя (порядковый номер) сегмента соответствует адресу, с которого этот сегмент начинается при его размещении в памяти .

Каждый программный модуль может быть воспринят как отдельный сегмент и тогда вся программа представляет собой множество сегментов.

Система программирования преобразует имя сегмента в его порядковый номер, также она для каждого сегмента указывает его объем, т. к он должен быть известен ОС, чтобы она могла выделить ему необходимый объем памяти.

Таблица дескрипторов сегментов задачи содержит информацию о текущем размещении сегментов задачи в памяти.

Каждый сегмент размещенный в памяти имеет соответствующую информационную структуру (дескриптор сегмента).

Ос строит для каждого исполняемого процесса соответствующую таблицу дескрипторов сегментов и при размещении каждого из сегментов в оперативной памяти и внешней памяти отмечает в дескрипторе текущее местоположение сегмента. Если сегмент в данный момент находится в оперативной памяти, то об этом дается пометка в дескрипторе. Для этого используется бит присутствия P. В этом случае в поле адреса диспетчер памяти записывает адрес физической памяти, с которого сегмент начинается, а в поле длины сегмента указывается количество адресуемых ячеек памяти. Поле используется для того чтобы размещать сегменты без наложения друг на друга и чтобы контролировать не обращается ли код исполняющей задачи за пределы текущего сегмента. В случае превышения длины сегмента в следствии ошибок программирования говорят о нарушении адресации и с помощью введения специальных аппаратных средств генерировать сигналы прерывания, которые позволяют фиксировать такого рода ошибки.

В дескрипторе сегмента содержатся данные о его типе (сегмент кода или сегмент данных), права доступа к этому сегменту (можно или нельзя его модифицировать, предоставлять другой задаче), отметка об обращении к данному сегменту (информация о том, как часто или как давно этот сегмент используется или не используется, на основании которой можно принять решение о том, чтобы предоставить место, занимаемое текущим сегментом, другому сегменту).

Таблица дескрипторов - сегмент данных, который обрабатывается диспетчером памяти ОС.

Увеличение коэффициента мультипрограммирования позволяет увеличить загрузку системы. Увеличивать количество задач можно только до определенного предела, т. к если в памяти не будет хватать места для часто используемых сегментов, то производительность системы резко упадет.

Свопинг сегментов - перемещение сегментов из оперативной памяти на диск.

Размер сегмента должен быть достаточно малым, чтобы его можно было разместить в случайно освобождающихся фрагментах оперативной памяти, но достаточно большим чтобы содержать логически законченную часть программы с тем, чтобы минимизировать межсегментные обращения.

Для решения проблемы замещения используются следующие дисциплины:

1.правило FIFO (First in first out - первый вошедший первым и выбывает).

2. правило LRU (Least Recently Used - дольше других неиспользуемый).

3. правило LFU (Least Frequently Used - реже других используемый).

4. случайный (random) выбор сегмента.

При загрузке программы на исполнение можно размещать ее в памяти не целиком, а "по мере необходимости". Ннекоторые программные модули могут быть разделяемыми.

Для доступа к искомой ячейки приходится тратить много времени. Много памяти и процессорного времени теряется на размещение и обработку дескрипторных таблиц.

Размещено на Allbest.ru