В. Столлингс - Операционные системы (1114679), страница 73
Текст из файла (страница 73)
. С йчас", ,,м Рассмотрим, каким образом это може ущ т ос ествляться. е об этой технологии обобщенно, так д что ля обозначения стра1Й Ж вЂ” в зависимости от того, имеем ~ента используем термин блок — в зави с сегментацией. Предположим ' .о страничной организацией или с сегм есса в память. Операционная~ тило время загрузки нового процесса в лько о ного или несколькиХ ' инает ее с размещения в памяти только од ючая блок, содержащий начало програ ммы. Часть процесса, ~~ в основной памяти, называе гся в некоторый момент времени в осно емя выполнения процесса все тным множеством процесса. Во вре.
я е м ыли только на резидентное так, как если бы все ссылки были о и©., цесса. При помощи таблицы сегментов р в или страниц процессоР об а" ок к которому требуется о Ра го пределить, располагается ли блок, к алкивается с логическим адрес,, овной памяти. Если процессор сталк 1 он генерирует прерывание, Мн е находится в основной памяти, о мяти. Операционная система ,'рванный процесс в заблокированное состояние и получает Яасть ) обы продолжить выполнение прерванного процесса операционной системе бходимо загрузить в основную память блок, содержащий вызвавший про„емы логический адрес. Для этого операционная система использует запрос „а чтение с диска (во время выполнения которого может продолжаться вылнение других процессов).
После того как необходимый блок загружен в новную память, выполняется прерывание ввода-вывода, передающее ,правление операционной системе, которая, в свою очередь, переводит заблокированный рроцесс в состояние готовности. Естественно, тут же возникает вопрос об эффективности использования та- й технологии„ когда выполнение процесса постоянно прерывается только из-за что в основной памяти размещены не все его блоки.
Отложим пока расмотрение вопроса эффективности, полагая, что эффективная работа все же возожна, и обратимся к следствиям применения нашей новой стратегии. Их два (причем второе потрясает воображение), и оба приводят к повышению эффективности использования системы. 1. В основной памяти может поддерживаться большее количество процессов. Поскольку в основную память загружаются только некоторые из блоков каждого процесса, мы можем разместить в ней большее количество процессов. Это, в свою очередь, приводит к более эффективному использованию процессора, поскольку повышается вероятность наличия активных процессов в любой момент времени. 2.
Процесс может быть больше, чем вся основная память. Преодолено одно из наиболее существенных ограничений в программировании. Обычно программист должен изначально рассчитывать, какое количество памяти потребуется его программе. Если разработанная программа окажется слишком большой, программист должен принять соответствующие меры по разделению программы на части, которые могли бы быть загружены в память в отдельности, с использованием той или иной оверлейной стратегии. В случае использования виртуальной памяти на основе страничной организации или сегментации зта функция передается операционной системе и аппаратному обеспечению.
Программе (и программисту) при этом доступен огромный объем памяти, по сути, представляющий собой размер дискового пространства. Операционная система при необходимости автоматически загружает нужные блоки процесса в память. Поскольку процесс выполняется только в основной памяти, эта память назына е ся также реальнои (геа) гпешогу). Однако программист или пользо~атель им имеют дело с потенциально гораздо большей памятью — выделенной на диске. ке. Эта память известна как виртуальная (ч1г1па1 шегпогу). Виртуальная память Работу и мять обеспечивает очень эффективную многозадачность и облегчает у пользователя, снимая жесткие ограничения относительно объема основной и амяти.
В табл. 8.1 приведены основные характеристики страничной рганиза - ации и сегментации с использованием виртуальной памяти и без нее. ва 8. Виртуальная память Ф ФО ф х Ф Й ф Ф Я О О сЕ .0 Е" Р Ф Ю И О Р„Ф Й Ф О ЕФ О» 0 ~ О О ЮФ Р Р ф ОО 0, Ф Ф Ф О у 01 0' Р ФФ Ф К Р Ф ~[1 Р ф Ж "„Р Сф ф М » ОЕ РФФ ифЕ О Ф Й О КОСЕ ф ~Фх Я», $ С йЕ Ф ф»Ф Я В'й~ С;Ю Я О РОЗ О Р Е- Ф Р, О О С Й ~з е Р, С Р, Р О Р. 2 и Е" х Ф Я .О С Щ Ф Ф О ч О" ф Ф Р ф Е Е Й Ф Р.Ф Ж -хх С", ф О Р, Ф Рхф ЯФФ О Х Е. ХЮ Ф Б ф Ф я х Е Ф Ф ффф фхо О О ф с Я Р СЕ О Рю С0 Р 8 СС ~~0 Я РС Ф ф Ф 0 Ф ф ф О х ФЖ Ии Р.ф Р М И с О Ю 2 00 Е Р СЦ Ф О Е.
О Ф ф Ф Ф Ц '.О Ф я Б С ф Ф Ф ф Р~ Х 2 00 Ф Ф Е О ф ~Р О С' 8 О ф Е Ф К я» О Ф С~ Ф С0»Ф ОЕ Ф м~ О Е- ~ Р. О~Я ффс ф ОССИ ф ф ф ОХХ ф ф Ф Р Р,ф-ф Ф ~ф О О х СС "я Ф а '" ЯЯ Ц~ Ы» ф С0 д ~.', Ф ф О Ф Р, Х Рс ф Е, О СС Ж ж ф Ж Р ф ж О О ф ф 00 ф О Х ф й Ф С„ Х Р Е Ф И ф .Ф Е« ф О ОХХ ~ О Ф "~Х Р О,С ОРР яяоф ф О я РЬ Ф ~ ~еЖ ИЯ, ц~ Я ф Ф ф Я Я ~ Я Ф ~ф о х ~~ 13й фР О Е Ф О» ф Ф х д ч Ф ф Я фо~ Р х Ф ФФ Б Р Р с0 О Р, д ЕС.) ф а Ф СЦ Р О ф х хм ф ф "Х «С Е' О Р С0»ф Ж Ф С; Ч СЕ с0СО О Е.
.а ф С- ф ф О Ох "Е '%% Р ф ффх Ф СсС О О:= с" Е » Ф Е" с Ф 0С Е' СС я ф ФОР Ю Р, ф фох Р ф С~С ф ф ЯЯР, фОР Рх» О Р,11 О И м'х СС 0С Р, Ф ф '" Р О ф х Р, Е ь <.~ » сх :( О х ф Ф СЕ ~~ $ „~ $ ф х Я Р..р х 4 х ф, з~; О х Ж Р. 00 Р Ф ОФЯ О ф ЕЕ Ф Ф ф ь- С )ф О Р ~, Р [.~ ф д ф Ы ф ф -фс Б Х Р, 00 С„Х Ф сЕ С:" "„'.
х РО.0 ОРР Я Е с;, ф ф Ф 0 О0 Ч Ы Ф Ф О ф О Ж Ф Ф О. ф 0» Р ОС И а Ф ф О, Я Рф М Ы ф ф Р 2 ~ф О Р. И 1х О "Р. С Ф Е( О Я ф ф "ВЕ 00 СЕ ОР» Ф С- ~~ О' О Е К,Е ф Е Я О Х ффс Ы Р ф Ф ЕС Ф Д О Р 26х х ~Е~ ф Я СС Х Р. фЯФ Рфв ф ф 00 о,~ Ю ЕС Я Ф Е' ф Р Х Е Ф и Я .0 сб С Е ф И е я ф ХОР Ю Р.ф ° О х ф ф~ .С ф и Х О. 00 О Р Ях» Я Сф И СЕ ГС Ф 0С Ф $ х О Р, Ф О й СС Е' К ф й ф 00 ф Р О >~ 0 ф О ф Р О Ф И $ СЕ ф Р' Е Ф х %:2 В;Е Ф О х Ф Ж Ы х И О Х сс м О д ЕЕ ,Я 3 Р, ф Р ЧФ О ф СЕ О х сЕ % Р, 'а' ф ЕР х О ф х Е' ж Р.
вс ф Б Ф СС ЕСс Ф ф ф Р х Р ф Р. СЕ Е -Г ф ЕЕ х Х Ф Р О ф Р С И О ,0 ф ф ф ф ХФО О ф а ;0 с„ ~Й ~ О О З1 ОРР Лоиализация и виртуальная память достоинства виртуальной памяти весьма привлекательны, но насколько антична данная схема? Одно время на эту тему шли оживленные дебаты, „нано опыт ее использования многими операционными системами проде„стрировал бесспорную жизнеспособность этой схемы — виртуальная па- ять стала неотъемлемым компонентом большинства современных операци- „нных систем.
Чтобы понять, в чем заключается ключевое свойство виртуальной памян почему она вызвала такие бурные дебаты, обратимся вновь к задачам ~~ерационной системы, связанным с виртуальной памятью. Рассмотрим большой процесс, состоящий из длинного кода и ряда массивов данных. В каждый небольшой промежуток времени выполнение программы сосредота- чивается в малой части кода (например, в одной из подпрограмм), и обраща- ется эта часть кода, как правило, только к одному или двум массивам дан- ных. В таком случае загружать в память все данные и код, в то время как перед приостановкой и выгрузкой процесса из памяти будут использоваться только небольшие их части, — расточительство.
Память будет использовать- ся гораздо эффективнее, если загружать в нее только необходимые части программы. Соответственно, в этом случае при обращении к данным или ко- ду, которых в настоящий момент нет в основной памяти, происходит преры- вание выполнения программы, которое говорит операционной системе о не- обходимости загрузки в основную память затребованной части программы. Таким образом, в основной памяти в каждый момент времени находится только некоторая, как правило, небольшая, часть данного процесса и, следо- вательно, в основной памяти может быть одновременно размещено большее количество процессов. К тому же при этом получается определенная эконо- мия времени, так как неиспользуемые части процессов не приходится посто- янно выгружать из памяти и загружать вновь. Однако операционная система должна очень разумно работать с такой схемой управления памятью. В уста- новившемся состоянии практически вся основная память занята фрагмента- ми процессов, чтобы процессор и операционная система могли работать с как можн жно большим количеством процессов одновременно.
Следовательно, при заг уз. Рузке в основную память некоторого блока другой блок должен быть вы- гр же Ружен оттУда. Если из памяти выгрузить блок, который тут же потребуется вновь операционная система будет заниматься постоянным перемещением ~днях и и тех же блоков в основную память и на диск. Большое количество таких и перебросок приводит к ситуации, известной как снижение пропускной способно ности (1ЬгазЬ1пд): процессор в основном занимается не выполнением процессо, сов, а выгрузкои и загрузкой в основную память. Задаче устранения этого н нежелательного эффекта посвящен ряд исследовательских работ, вы- полнив„ и шихся в 70-х годах, приведших к появлению различных сложных, но ффективн явных алгоритмов. По сути, они сводятся к попыткам определить на освован - ии последних событий в системе, какие блоки памяти потребуются в лиек жайшем будущем.
Эти методы базируются на принципе локализации (см. главу 1, "Обзор омпь, СС ютерных систем.), который гласит, что обращения к коду и данным в Роцессе се имеют тенденцию к кластеризации. Следовательно, логично допус- ':, ааа 8. Виртуальная память 395 4 Страничная организация 22 1 16 Время работы Часть 3..; а 8. Виртуальная память что в течение некоторого небольшого времени для работы будет "-'" я только небольшая часть процесса; кроме того, можно сделат ные предположения о том, какие именно части процесса потреб ' работы в ближайшем будущем, и тем самым свести снижение и :пособности к минимуму.
:Ф '. Один из способов подтвердить справедливость принципа локализа" зотреть выполнение процессов в среде с виртуальной памятью. На р"' едена знаменитая диаграмма из [НАТР721, иллюстрирующая этот пр тите внимание, как во время работы процесса обращения к памяти о "" ются небольшим подмножеством страниц. 34 -„;~щ~ффщщ",' " в®~~~~1е',ь ~: '1~ "1емййейейЬ Й жйсй А"' ишюЕ'" ФйК!й Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
