Алгоритмы распределения памяти

Анализ и проверка домашней работы

Организационный момент.

Ход лекции.

Лекция № 11

Тема. Функции ОС по управлению памятью. Алгоритмы распределения памяти.

Цель.

1. Учебная. Сформулировать и объяснить функции ОС по управлению памятью. Дать классификацию адресов.

2. Развивающая. Развивать логическое мышление и естественное - научное мировоззрение.

3. Воспитательная. Воспитывать интерес к научным достижением и открытием.

Межпредметные связи:

· Обеспечивающие: информатика, математика.

· Обеспечиваемые: Стажорская практика

Методическое обеспечение и оборудование:

1. Методическая разработка к занятию.

2. Учебный план.

3. Учебная программа

4. Рабочая программа.

5. Инструктаж по технике безопасности.

Технические средства обучения: кодоскоп, диапроектор, персональный компьютер.

Обеспечение рабочих мест:

· Рабочие тетради

3 Ответьте на вопросы:

1 Расскажите об устройстве жесткого диска.

2 Дайте определение понятиям сектор, кластер.

3 Назовите основные критерии эффективности физической организации файлов.

4 Дайте краткую характеристику системе FAT.

5 Дайте краткую характеристику системе S5.

6 Дайте краткую характеристику системе NTFS.

7 Дайте характеристику файлов NTFS.

8 Чем отличается переключение по прерыва­нию от переключения по команде безусловно­го перехода?

9 На какие классы делятся прерывания в зависимости от источника?

10 Дайте объяснение принципам работы внешних и внутренних прерываний. Прерываниям приписывается приоритет, с помощью которого они ранжируются по степени важности и срочности. О прерываниях, имеющих одинаковое значе­ние приоритета, говорят, что они относятся к одному уровню приоритета преры­ваний.

11 Как называются процедуры, вызываемые по прерываниям?

12 Какие действия выполняет диспетчер прерываний?

13 Опишите способы с помощью которых шины выполняют пре­рывания?

14 Опишите процедуру регистра­ции вектора обработки прерываний для определенного устройства?.

Следует ли назначать каждому процессу одну непрерывную область физической памяти или можно выделять память «кусками»? Должны ли сегменты програм­мы, загруженные в память, находиться на одном месте в течение всего периода выполнения процесса или можно ее время от времени сдвигать? Что делать, если сегменты программы не помещаются в имеющуюся память? Разные ОС по разному отвечают на эти и другие базовые вопросы управления памятью. Далее будут рассмотрены наиболее общие подходы к распределению памяти, которые были характерны для разных периодов развития операционных систем. Некото­рые из них сохранили актуальность и широко используются в современных ОС, другие же представляют в основном только познавательный интерес, хотя их и сегодня можно встретить в специализированных системах.

На рис. все алгоритмы распределения памяти разделены на два класса: алго­ритмы, в которых используется перемещение сегментов процессов между опера­тивной памятью и диском, и алгоритмы, в которых внешняя память не привлека­ется.

Распределение памяти фиксированными разделами

Простейший способ управления оперативной памятью состоит в том, что память разбивается на несколько областей фиксированной величины, называемых раз­делами. Такое разбиение может быть выполнено вручную оператором во время старта системы или во время ее установки. После этого границы разделов не из­меняются.

Очередной новый процесс, поступивший на выполнение, помещается либо в об­щую очередь либо в очередь к некоторому разделу.

Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи.

· Сравнивает объем памяти, требуемый, для вновь поступившего процесса размерами свободных разделов и выбирает подходящий раздел.

· Осуществляет загрузку программы в один из разделов и настройку адресов. Уже на этапе трансляции разработчик программы может задать раздел, в ко­тором ее следует выполнять. Это позволяет сразу, без использования переме­щающего загрузчика, получить машинный код, настроенный на конкретную область памяти.

При очевидном преимуществе — простоте реализации, данный метод имеет су­щественный недостаток — жесткость. Так как в каждом разделе может выпол­няться только один процесс, то уровень мультипрограммирования заранее огра­ничен числом разделов. Независимо от размера программы она будет занимать весь раздел. Так, например, в системе с тремя разделами невозможно выполнять одновременно более трех процессов, даже если им требуется совсем мало памя­ти. С другой стороны, разбиение памяти на разделы не позволяет выполнять процессы, программы которых не помещаются ни в один из разделов, но для ко­торых было бы достаточно памяти нескольких разделов.

Такой способ управления памятью применялся в ранних мультипрограммных ОС. Однако и сейчас метод распределения памяти фиксированными разделами нахо­дит применение в системах реального времени, в основном благодаря неболь­шим затратам на реализацию. Детерминированность вычислительного процесса систем реального времени (заранее известен набор выполняемых задач, их требования к памяти, а иногда и моменты запуска) компенсирует недостаточную гибкость данного способа управления памятью.

Распределение памяти динамическими разделами

В этом случае память машины не делится заранее на разделы. Сначала вся память, отводимая для приложений, свободна. Каждому вновь поступающему на выполнение приложению на этапе создания процесса выделяется вся необходи­мая ему память (если достаточный объем памяти отсутствует, то приложение не принимается на выполнение и процесс для него не создается). После завершения процесса память освобождается, и на это место может быть загружен другой про­цесс. Таким образом, в произвольный момент времени оперативная память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера.

Функции операционной системы, предназначенные для реализации данного метода управления памятью, перечислены ниже.

1. Ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указываются на­чальные адреса и размеры участков памяти.

2. При создании нового процесса — анализ требований к памяти, просмотр таб­лицы свободных областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения кодов и данных нового процесса. Выбор раздела может осущест­вляться по разным правилам, например: «первый попавшийся раздел доста­точного размера», «раздел, имеющий наименьший достаточный размер» или «раздел, имеющий наибольший достаточный размер».

3. Загрузка программы в выделенный ей раздел и корректировка таблиц сво­бодных и занятых областей. Данный способ предполагает, что программный код не перемещается во время выполнения, а значит, настройка адресов мо­жет быть проведена единовременно во время загрузки.

4. После завершения процесса корректировка таблиц свободных и занятых об­ластей

По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод обладает гораздо большей гибкостью, но ему присущ очень серьезный недостаток — фрагментация памяти. Фрагментация — это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов). Настолько маленького, что ни одна из вновь поступающих программ не может поместиться ни в одном из участков, хотя суммарный объем фрагментов может составить значительную величину, намного превышающую требуемый объем памяти.

Распределение памяти динамическими разделами лежит в основе подсистем управ­ления памятью многих мультипрограммных операционных системах 60-70-х го­дов, в частности такой популярной операционной системы, как OS/360.

Перемещаемые разделы

Одним из методов борьбы с фрагментацией является перемещение всех занятых участков в сторону старших или младших адресов, так, чтобы вся свободная память образовала единую свободную область.В дополнение к функциям, кото­рые выполняет ОС при распределении памяти динамическими разделами, в данном случае она должна еще время от времени копировать содержимое разделов из одно­го места памяти в другое, корректируя таблицы свободных и занятых областей. Эта процедура называется сжатием. Сжатие может выполняться либо при каждом завершении процесса, либо только тогда, когда для вновь создаваемого процесса нет свободного раздела достаточного размера. В первом случае требуется меньше вы­числительной работы при корректировке таблиц свободных и занятых областей, а во втором — реже выполняется процедура сжатия. Так как программы перемещаются по оперативной памяти в ходе своего выполнения, то в данном случае невозможно выполнить настройку адресов с помощью перемещающего загрузчика. Здесь более подходящим оказывается динамическое преобразование адресов. Процедура сжатия и приводит, к более эффективному использованию памяти она может потребовать значительного времени, что часто перевешивает пре­имущества данного метода.

Концепция сжатия применяется и при использовании других методов распределения памяти, когда отдельному процессу выделяется не одна сплошная область памяти, а несколько несмежных участков памяти произвольного размера (сегментов). Такой подход был использован в ранних версиях OS/2, в которых па­мять распределялась сегментами, а возникавшая при этом фрагментация устра­нялась путем периодического перемещения сегментов.

Дата добавления: 2014-01-13