Методи розподілу пам'яті з використанням дискового простору

Поняття віртуальної пам'яті

Віртуальним називається ресурс ( користувачу або програма користувача) наділяється властивостями, якими він у дійсності не володіє. Так, наприклад, користувачу може бути надана віртуальна оперативна пам'ять, розмір якої перевершує всю наявну в системі реальну оперативну пам'ять.

Основна ідея полягає в розбитті програми на частини, і в пам'ять ці частини завантажуються по черзі.

Програма при цьому спілкується з віртуальною пам'яттю, а не з фізичною.

 

Найбільш розповсюдженими реалізаціями віртуальної пам'яті є сторінкове, сегментне, сторінково-сегментний розподіл пам'яті, свопінг.

Сторінковий розподіл

Віртуальний адресний простір кожного процесу поділяється на частини однакового, фіксованого для даної системи розміру - віртуальні сторінки.

Вся оперативна пам'ять машини поділяється на частини такого ж розміру, названі фізичними сторінками (чи блоками).

Розмір сторінки звичайно вибирається рівним ступеня двійки: 512, 1024 і т.д., це дозволяє спростити механізм перетворення адрес.

При завантаженні процесу частина його віртуальних сторінок міститься в оперативну пам'ять, а інші - на диск. Суміжні віртуальні сторінки не обов'язково розташовуються в суміжних фізичних сторінках.

При завантаженні операційна система створює для кожного процесу інформаційну структуру - таблицю сторінок, у якій установлюється відповідність між номерами віртуальних і фізичних сторінок для сторінок, завантажених в оперативну пам'ять, або оцінюється, що віртуальна сторінка вивантажена на диск. У таблиці сторінок міститься керуюча інформація, така як, ознака невыгружаемости (вивантаження деяких сторінок може бути заборонена), ознака звертання до сторінки (використовується для підрахунку числа звертань за визначений період часу) і інші дані, формовані і використовувані механізмом віртуальної пам'яті.

При кожнім звертанні до пам'яті відбувається читання з таблиці сторінок інформації про віртуальну сторінку, до якої відбулося звертання.

Якщо дана віртуальна сторінка знаходиться в оперативній пам'яті, то виконується перетворення віртуальної адреси у фізичний. Якщо ж потрібна віртуальна сторінка в даний момент вивантажена на диск, то відбувається сторінкове переривання.

Ø Процес, що виконується, переводиться в стан чекання,

Ø активізується інший процес з черги готових.

Паралельно програма обробки сторінкового переривання знаходить на диску необхідну віртуальну сторінку і намагається завантажити її в оперативну пам'ять. Якщо в пам'яті мається вільна фізична сторінка, то завантаження виконується негайно, якщо ж вільних сторінок немає, то вирішується питання, яку сторінку варто вивантажити з оперативної пам'яті.

Найбільш популярні критерії вибору:

Ø довше всього не використовувалася сторінка,

Ø перша сторінка, що потрапилася,

Ø сторінка, до якої останнім часом було найменше звертань.

У деяких системах використовується поняття робочої безлічі сторінок. Робоча безліч визначається для кожного процесу і являє собою перелік найбільше часто використовуваних сторінок, що повинні постійно знаходитися в оперативній пам'яті і тому не підлягають вивантаженню.

Недолік: При сторінковій організації віртуальний адресний простір процесу поділяється механічно на рівні частини, що не дозволяє диференціювати способи доступу до різних частин програми (сегментам).

Сегментний розподіл

Віртуальний адресний простір процесу поділяється на сегменти

При завантаженні процесу частина сегментів міститься в оперативну пам'ять (при цьому для кожного з цих сегментів операційна система підшукує придатну ділянку вільної пам'яті), а частина сегментів розміщається в дисковій пам'яті. Сегменти однієї програми можуть займати в оперативній пам'яті несуміжні ділянки. Під час завантаження система створює таблицю сегментів процесу (аналогічну таблиці сторінок), у якій для кожного сегмента вказується початкова фізична адреса сегмента в оперативній пам'яті, розмір сегмента, правила доступу, ознака модифікації, ознака звертання до даного сегмента за останній інтервал часу і деяка інша інформація. Якщо віртуальні адресні простори декількох процесів включають той самий сегмент, то в таблицях сегментів цих процесів створюються посилання на одну й ту саму ділянку оперативної пам'яті, у який даний сегмент завантажується в єдиному екземплярі.

Система із сегментною організацією функціонує аналогічно системі зі сторінковою організацією

Сторінково-сегментний розподіл

Даний метод являє собою комбінацію сторінкового і сегментного розподілу пам'яті. Віртуальний простір процесу поділяється на сегменти, а кожен сегмент у свою чергу поділяється на віртуальні сторінки, що нумеруються в межах сегмента. Оперативна пам'ять поділяється на фізичні сторінки. Завантаження процесу виконується операційною системою посторінково, при цьому частина сторінок розміщається в оперативній пам'яті, а частина на диску. Для кожного сегмента створюється своя таблиця сторінок, структура якої цілком збігається зі структурою таблиці сторінок, використовуваної при сторінковому розподілі. Для кожного процесу створюється таблиця сегментів, у якій вказуються адреси таблиць сторінок для всіх сегментів даного процесу.

Свопинг

Різновидом віртуальної пам'яті є свопинг.

При свопинге, на відміну від розглянутих раніше методів реалізації віртуальної пам'яті, процес переміщається між пам'яттю і диском цілком, тобто протягом деякого часу процес може цілком отсутствовать в оперативній пам'яті. Своп можна визначити як файл підкачування, у який з оперативної пам'яті записується невикористовувана чи з низьким пріоритетом інформація. Розмір свопа є величина динамічна, що змінюється відповідно до поточного станом системи – активованими процесами, запущеними програмами, відкритими файлами і т.п. (якщо тільки не заданий фіксований розмір). Необхідний саме Вам розмір свопа визначається досвідченим шляхом, тому що залежить від типу задач, виконуваних на конкретній машині.