Управление основной памятью

Основная память используется для размещения выполняемых программ и их данных. Различают два вида основной памяти (рис. 12):

1) реальная оперативная память; при этом основная память совпадает с оперативной;

2) виртуальная память; при этом основная память моделируется на НМД. Используется странично-сегментная организация. Используемые ЦП страницы загружаются из виртуальной памяти в реальную, вытесняя другие страницы. Виртуальная память может намного превышать реальную.

Рис. 3..12. Основная память в системе:

а—без виртуальной памяти; 6—с виртуальной памятью;

ЦП — центральный процессор; ОП — оперативная память; ВП — виртуальная память; ОС — ядро операционной системы.

Функции супервизора памяти.Управление основной памятью осуществляет супервизор памяти, являющийся компонентом управляющей программы.

Супервизор памяти управляет распределением основной памяти. В мультипрограммном режиме основная память используется большой совокупностью задач, при надлежащих системе и выполняемым в текущий момент заданиям. По этой причине память является ресурсом, подлежащим распределению.

Как правило, в операционных системах используется многоуровневое распределение основной памяти, при котором на верхнем уровне выделяются области основной памяти, подлежащие дальнейшему распределению. Распределение на самом нижнем уровне осуществляется динамически; на самом верхнем уровне может быть как статическим, так и динамическим.

Выбор того или иного принципа распределения памяти осуществляется исходя из его особенностей. Статический принцип распределения уменьшает до минимума временные системные издержки на распределение, однако не обеспечивает гибкости в распределении, что может привести к значительным издержкам памяти. Динамический принцип, наоборот, обеспечивает высокую гибкость распределения основной памяти и эффективность ее использования, но требует дополнительного времени на выполнение системных функций распределения.

Супервизор памяти выполняет следующие функции:

1) учет свободных участков основной памяти (основа управления основной памятью);

2) выделение участков памяти по запросам;

3) освобождение участков памяти, выделенной ранее по запросу;

4) борьба с фрагментацией памяти;

5) многоуровневое распределение основной памяти;

6) повышение уровня мультипрограммирования. }

Учет свободных участков.Любое управление памятью основано на учете свободных участков памяти, который организуется связыванием всех свободных участков в цепочку. Каждый из них представляется элементом FQE, располагаемым в начале свободного участка, и имеет следующую структуру:

Цепочка элементов (или очередь) свободных участков обычно упорядочена по адресам (в порядке убывания или возрастания адреса). В операционной системе ОС ЕС очередь свободных участков упорядочена в порядке убывания адресов, участков. Заметим, что элемент расположен в начале свободного участка, адрес элемента совпадает с адресом свободного участка.

Пример очереди свободных участков приведен на рис. 13, а. Свободные участки имеют размеры l₁, l₂, l₃. Начальный адрес очереди расположен в одном из управляющих блоков. Например, если распределение памяти производится на уровне пункта задания, то адрес начала очереди располагается в одном из полей блока управления задачей (ТСВ) пункта задания. Заштрихованные на рисунке области представляют собой занятые участки основной памяти, выделенные ранее по запросам.

Выделение участков памяти по запросам.Удовлетворение запроса на выделение участка памяти означает, что весь участок или его часть исключаются из ведения супервизора путем устранения соответствующего элемента FQE из очереди (если представленный им участок подходит по длине) или изменения указателя длины свободного участка в элементе FQE (если представляемый им участок памяти имеет длину больше требуемого в за просе). Обращаясь к рис. 3.13, а, рассмотрим два случая выделения участка памяти по запросу:

— при запросе, равном 1₁. При этом очередь свободных участков будет иметь вид, приведенный на рис. 3.13, б;

— при запросе, равном l₄ < l₁. При этом очередь свободных участков будет иметь вид, приведенный на рис. 3.13, в.

Рис. 13. Примеры очередей свободных участков:

l₅=l₁-l₄,где l₄ — размеры запроса

Освобождение участков памяти.Удовлетворение запроса на освобождение участка памяти означает, что участок возвращается под контроль супервизора путем включения в очередь нового элемента FQE, представляющего данный участок как свободный, или путем изменения указателя размера свободного участка, смежного с освобождаемым.