Sop_04_wyk_1.0.pdf

Systemy operacyjne

Zarządzanie pamięcią operacyjną

Systemy operacyjne

Zarządzanie pamięciąoperacyjną

Wykład prowadzą:

Jerzy Brzeziński

Dariusz Wawrzyniak

Celem wykładu jest przedstawienie podejść do zarządzania jednym z kluczowych

zasobów systemu komputerowego — pamięcią operacyjną. Ponieważ

zarządzanie pamięcią operacyjną uwarunkowane jest rozwiązaniami na poziomie

architektury komputera, wyodrębnione są zadania realizowane sprzętowo oraz

zadania systemu operacyjnego, zmierzające do wykorzystania możliwości

sprzętowych.

Systemy operacyjne

Zarządzanie pamięcią operacyjną

Systemy operacyjne

Plan wykładu

• Pamięć jako zasób systemu komputerowego

– hierarchia pamięci

– przestrzeń adresowa

• Wsparcie dla zarządzania pamięcią na poziomie

architektury komputera

• Podział i przydział pamięci

• Obraz procesu w pamięci

• Stronicowania

• Segmentacja

Zarządzanie pamięcią operacyjną (2)

Wykład rozpoczyna się od przedstawienia podstawowych pojęć, związanych z

zarządzaniem pamięcią. Następnie wskazana jest rola układów sprzętowych na

poziomie architektury komputera w zarządzaniu pamięcią. Dalsza część dotyczy

najważniejszego zadania w zarządzaniu pamięcią, realizowanego przez system

operacyjny — przydziału, który ściśle wiąże się z podziałem pamięci. Pozostała część

wykładu dotyczy zjawisk wewnątrz przydzielonych obszarów pamięci, czyli tworzenia

obrazu procesu, jego ochrony oraz współdzielenia. Na końcu omawiane są techniki

odwzorowania logicznej przestrzeni adresowej w fizyczną, wspomagające przy tym

zarządzanie pamięcią, czyli stronicowanie i segmentacja.

Systemy operacyjne

Zarządzanie pamięcią operacyjną

Systemy operacyjne

Pamięćjako zasób systemu komputerowego

• Pamięć jest zasobem służący do przechowywania

danych i programów.

• Z punktu widzenia systemu pamięć jest zasobem o

strukturze hierarchicznej (począwszy od rejestrów

procesora, przez pamięć podręczną, pamięć główną,

skończywszy na pamięci masowej), w której na wyższym

poziomie przechowywane są dane, stanowiące fragment

zawartości poziomu niższego.

• Z punktu widzenia procesu (również procesora) pamięć

jest zbiorem bajtów identyfikowanych przez adresy, czyli

tablicą bajtów, w której adresy są indeksami.

Zarządzanie pamięcią operacyjną (3)

Pamięć jest kluczowym (obok procesora) zasobem systemu komputerowego dla

wykonywania programów. Zarządzanie pamięcią jest jednak dość

skomplikowane, gdyż jest ona (poszczególne jej części) jednocześnie

wykorzystywana przez wiele procesów często różnych użytkowników oraz przez

jądro systemu operacyjnego. Stabilność pracy systemu komputerowego wymaga

zatem odpowiedniej ochrony przestrzeni użytkowników, a tym bardziej jądra

systemu.

Podstawowe zadania, realizowane w ramach zarządzania pamięcią obejmują

przydział pamięci i jej odzyskiwanie, ochronę, udostępnianie w celu

współdzielenia, transformację adresów oraz transfer danych pomiędzy

poszczególnymi poziomami w hierarchii pamięci. Zadania te podzielone są

pomiędzy układy sprzętowe na poziomie architektury komputera, a system

operacyjny. Ze względu na efektywność realizacji, zadania takie jak ochrona,

transformacja i w dużej części transfer danych realizowane są przez odpowiednie

układy sprzętowe. Zadanie systemu operacyjnego sprowadza się do dostarczenia

odpowiednich danych tym układom. Dane te wynikają z wcześniejszych decyzji

o przydziale pamięci, co już należy do kompetencji systemu operacyjnego.

Systemy operacyjne

Zarządzanie pamięcią operacyjną

Systemy operacyjne

Hierarchia pamięci

rejestry

pamięć

podręczna

pamięć główna

dysk magnetyczny

taśma

dysk optyczny

Zarządzanie pamięcią operacyjną (4)

Dodatkowym elementem komplikującym zarządzanie pamięcią jest jej złożona

struktura — począwszy od rejestrów procesora, poprzez pamięć podręczną i

główną, a skończywszy na pamięci masowej. W hierarchii pamięci na wyższym

poziomie znajdują się szybkie układy o niewielkiej pojemności, a w miarę

schodzenia niżej zmniejsza się szybkość, a zwiększa pojemność.

Operowanie zawartością pamięci w takiej złożonej, hierarchicznej strukturze

oparte jest na tzw. zasadzie okna , zgodnie z którą dane na wyższym (szybszym,

ale mniej pojemnym) poziomie stanowią fragment danych, przechowywanych na

niższym poziomie.

Zależnie od architektury, procesor adresuje w pamięci bajty, słowa, podwójne

słowa itd., a zatem jednostki stosunkowo niewielkie. Takie jednostki obowiązują

w transferze pomiędzy rejestrami procesora a pamięcią podręczną lub główną.

Pomiędzy niższymi poziomami w hierarchii pamięci transferowane są większe

jednostki:

• linijki rzędu od kilkuset bajtów od kilku kilobajtów pomiędzy pamięcią

główną a pamięcią podręczną oraz poszczególnymi poziomami samej

pamięci podręcznej,

• bloki (sektory lub ich wielokrotności) rzędu od kilku kilobajtów do

kilkudziesięciu kilobajtów pomiędzy pamięcią zewnętrzną, a pamięcią

główną.

Systemy operacyjne

Zarządzanie pamięcią operacyjną

Systemy operacyjne

Przestrzeńadresowa

• Przestrzeń adresowa jest zbiór wszystkich

dopuszczalnych adresów w pamięci.

• W zależności od charakteru adresu odróżnia się:

– przestrzeń fizyczną — zbiór adresów

przekazywanych do układów pamięci głównej

(fizycznej).

– przestrzeń logiczną — zbiór adresów generowanych

przez procesor w kontekście aktualnie

wykonywanego procesu.

Zarządzanie pamięcią operacyjną (5)

Pamięć postrzegana jest najczęściej jako tablica bajtów, indeksowana przez

adresy. Taki jest obraz pamięci zarówno na poziomie architektury komputera, jak

i na poziomie systemu operacyjnego, czy też procesu działającego w systemie.

Poszczególne komórki pamięci mogą być jednak inaczej identyfikowane na

poziomie architektury, a inaczej na poziomie systemu operacyjnego. Te same

komórki pamięci mogą być nawet różnie identyfikowane w poszczególnych

procesach. Adresy, które identyfikują poszczególne komórki pamięci na

poziomie architektury komputera, tworzą fizyczną przestrzeń adresową. Adresy

fizyczne przekazywane są szyną adresową magistrali systemowej do układów

elektronicznych pamięci. W szczególnym przypadku takimi samymi adresami

można się posługiwać na poziomie systemu operacyjnego, ale takie podejście

wprowadza sporo ograniczeń, szczególnie uciążliwych w konstrukcji systemów

wielozadaniowych. Rozróżnianie przestrzeni fizycznej i logicznej oznacza, że w

kontekście procesu komórka pamięci jest inaczej identyfikowana, niż to wynika z

jej fizycznego adresu, co wymaga odpowiedniego przekształcenia adres

logicznego na fizyczny, zwanego transformacją adresu . Za transformację

odpowiada układ ściśle współpracujący z procesorem — jednostka zarządzania

pamięcią (ang. memory management unit — MMU).

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: