Память с произвольным доступом. Виртуальная память. Диспетчер памяти
Виртуальная память.
Суть концепции виртуальной памяти заключается в следующем: информация, с которой работает активный процесс, должна располагаться в оперативной памяти, в схемах виртуальной памяти у процесса создается иллюзия того, что вся необходимая ему информация находиться в оперативной памяти. Для этого:
1) занимаемая процессом память разбивается на несколько частей, например страниц.
2) логический адрес, т. е. логическая страница динамически транслируется в физический адрес
3) в тех случаях, когда страница к которой обращается процесс, не находится в физической памяти, нужно организовать её подкачку с диска. Для контроля наличия страницы в памяти вводится специальный вид присутствия, входящий в состав атрибута страницы таблицы страниц. Важным следствием такой организации является то, что размер памяти занимаемой процессом может быть больше, чем размер оперативной памяти. Принцип локальности обеспечивает этой схеме нужную эффективность. Возможность выполнения программы, находящейся в памяти лишь частично, имеет следующие преимущества:
1) программа не ограничена объемом физической памяти.
2) увеличивается загрузка процессора и пропускная способность системы, т. к. можно разместить в памяти большие программы.
3) объём ввода/вывода для выгрузки части программы на диск может быть меньше, чем в варианте классического Swapping.
В итоге каждая программа будет работать быстрее. Введение виртуальной памяти позволило решить другую важную задачу: обеспечения контроля доступа к отдельным сегментам памяти в частности: защиту пользовательских программ друг от друга и защиту ОС от пользовательских программ. Каждый процесс работает со своими виртуальными адресами, трансляцию которых физически выполняет аппаратура. Термин виртуальная память означает, что программист имеет дело с памятью отличной от реальной, размер которой значительно больше, чем размер оперативной памяти. Адреса, которые генерирует программа, называются виртуальными, и они формируют виртуальное адресное пространство. Известны чисто программные реализации виртуальной памяти, но широкое развитие получили схемы виртуальной памяти с аппаратной поддержкой. Каждая из 3-х схем управления памятью: страничная, сегментная, сегментно-страничная; пригодны для организации виртуальной памяти. Чаще всего используется сегментно-страничная модель, которая является синтезом страничной модели и идеи сегментации. Сегментная организация в чистом виде встречается редко. Передача информации между памятью и диском всегда осуществляется целыми страницами, а система поддержки страничной организации памяти называется paging.
Стратегия планирования процесса: планирование с использованием многоуровневой очереди.
Многоуровневые очереди (MultilevelQueue)
Для систем, в которых процессы могут быть легко рассортированы на разные группы, был разработан другой класс алгоритмов планирования. Для каждой группы процессов создается своя очередь процессов, находящихся в состоянии готовность (см. рисунок 3.5). Этим очередям приписываются фиксированные приоритеты. Например, приоритет очереди системных процессов устанавливается больше, чем приоритет очередей пользовательских процессов. А приоритет очереди процессов, запущенных студентами, — ниже, чем для очереди процессов, запущенных преподавателями. Это значит, что ни один пользовательский процесс не будет выбран для исполнения, пока есть хоть один готовый системный процесс, и ни один студенческий процесс не получит в свое распоряжение процессор, если есть процессы преподавателей, готовые к исполнению. Внутри этих очередей для планирования могут применяться самые разные алгоритмы. Так, например, для больших счетных процессов, не требующих взаимодействия с пользователем (фоновых процессов), может использоваться алгоритм FCFS, а для интерактивных процессов – алгоритм RR. Подобный подход, получивший название многоуровневых очередей, повышает гибкость планирования: для процессов с различными характеристиками применяется наиболее подходящий им алгоритм.
