Курынин Р.В., Машечкин И.В., Терехин А.Н. - Конспект лекций по ОС (1114685), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Во-первых, это осуществление контроля использования ресурса, т.е.одной из функций оперативной памяти является учет состояния каждой доступной в системеединицы: знание о том, свободна она или распределена.Второй задачей является выбор стратегии распределения памяти. Иными словами,решается задача, какому процессу, в течение которого времени и в каком объеме должен бытьвыделен соответствующий ресурс.
Стратегия распределения памяти является достаточно сложнойзадачей планирования.Конкретное выделение ресурса тому или иному потребителю является третьей задачейуправления ОЗУ. Эта подзадача следует за предыдущей задачей планирования: после решениязадачи, какому процессу сколько выделить памяти и на какое время в соответствии с наличиемресурса, следует операция непосредственного выделения. Это означает, что для предоставляемогоресурса идет корректировка системных данных (например, изменение статуса занятости), а затемвыдача его потребителю.И, наконец, четвертой задачей является выбор стратегии освобождения памяти.Освобождение памяти можно рассматривать с двух точек зрения.
С одной стороны, этоокончательное освобождение памяти, происходящее в случае завершения процесса ивысвобождения ресурса. В этом контексте задача достаточно детерминирована и не требует какихлибо алгоритмов планирования и принятия решения. С другой стороны, освобождение памятиможет рассматриваться как задача принятия решения в случае, когда встает потребностьвысвободить физическую память из-под какого-то процесса за счет откачивания во внешнююпамять, чтобы на освободившееся пространство поместить данные другого процесса. Такая задачауже не тривиальна: необходимо решить, память какого процесса необходимо откачать, какуюименно область памяти у выбранного процесса будет освобождаться.
В принципе можно откачатьвесь процесс, но это зачастую неэффективно.Ниже будут рассмотрены различные стратегии организации оперативной памяти(одиночноенепрерывноераспределение,распределениеразделами,распределениеперемещаемыми разделами, страничное распределение, сегментное распределение и сегментостраничное распределение), а также методы управления ею. При этом при обсуждении каждойстратегии будем обращать внимание на основные концепции очередной стратегии, на теаппаратные средства, необходимые для поддержания данной модели, на типовые алгоритмы, атакже постараемся обсудить основные достоинства и недостатки.5.1Одиночное непрерывное распределениеДанная модель распределения оперативной памяти (5.1) является одной из самых простыхи основывается на том, что все адресное пространство подразделяется на два компонента. В однойчасти памяти располагается и функционирует операционная система, а другая часть выделяетсядля выполнения прикладных процессов.При таком подходе не возникает особых организационных трудностей.
С точки зренияобеспечения корректности функционирования этой модели необходимо аппаратно обеспечить«водораздел»междупространствами,принадлежащимиоперационнойсистемеипользовательским процессом. Для этих целей достаточно иметь один регистр границы: еслиполучаемый исполнительный адрес оказывается меньше значения этого регистра, то это адрес впространстве операционной системы, иначе в пространстве процесса. Такая реализация можетсочетаться с аппаратной поддержкой двух режимов функционирования: пользовательскогорежима и режима ОС.
Тогда если процессор в режиме пользователя пытается обратиться в областьоперационной системы, возникает прерывание. Алгоритмы, используемые при такомраспределении, достаточно просты, и мы не будем их здесь обсуждать.198ОСРеальноиспользуетсяДоступно(выделено)Выделено, ноне используетсяРис. 121.Одиночное непрерывное распределение.К достоинствам данной модели относится концептуальная простота во всех отношениях.
Вчастности, минимальные аппаратные требования или отсутствие таковых, как в ОС Microsoft DOS,в которой даже не было регистра границ, и пользовательский процесс мог обращаться к областиОС.Среди недостатков можно отметить, во-первых, неэффективное использованиефизического ресурса: часть памяти, выделяемой под процесс, никогда реально не используется.Во-вторых, процесс занимает всю память полностью на все время выполнения. Но реальнооказывается, что зачастую процесс обращается к памяти в достаточно локализованные участки, аболее или менее равномерное обращение ко всему адресному пространству процесса случаетсяочень редко.
Получается, что данная модель имеет еще и неявную неэффективность за счет того,что под все адресное пространство процесса отводится сразу все необходимое физическоепространство, хотя реально процесс работает лишь с локальными участками. И, наконец, втретьих, рассматриваемая модель жестко ограничивает размер прикладного процесса.5.2Распределение неперемещаемыми разделамиДанная модель строится по следующим принципам (5.2). Опять же, все адресноепространство оперативной памяти делится на две части.
Одна часть отводится под операционнуюсистему, все оставшееся пространство отводится под работу прикладных процессов, причем этопространство заблаговременно делится на N частей (назовем их разделами), каждая из которых вобщем случае имеет произвольный фиксированный размер. Эта настройка происходит на уровнеоперационной системы. Соответственно, очередь прикладных процессов разделяется по этимразделам.Существуют концептуально два варианта организации этой очереди. Первый вариант(вариант Б) предполагает наличие единственной сквозной очереди, которая по каким-тосоображениям распределяется между этими разделами. Второй вариант (вариант А) организовантак, что с каждым разделом ассоциируется своя очередь, и поступающий процесс сразу попадает водну из этих очередей.Существуют несколько способов аппаратной реализации данной модели.
С одной стороны,это использование двух регистров границ, один из которых отвечает за начало, а второй — законец области прикладного процесса. Выход за ту или иную границу ведет к возникновениюпрерывания по защите памяти.199ОС……………N входных очередей(Вариант А)Рис. 122.Одна очередь(Вариант Б)Распределение неперемещаемыми разделами.Альтернативной аппаратной реализацией может служить механизм ключей защиты(PSW — process[or] status word), которые могут находиться в слове состояния процесса и в словесостояния процессора.
Данное решение подразумевает, что каждому разделу ОЗУ ставится всоответствие некоторый ключ защиты. Если аппаратура поддерживает, то в процессоре имеетсяслово состояния, в котором может находиться ключ защиты доступного в данный момент раздела.Соответственно, у процесса также есть некоторый ключ защиты, который тоже хранится внекотором регистре. Если при обращении к памяти эти ключи защиты совпадают, то доступсчитается разрешенным, иначе возникает прерывание по защите памяти.Рассмотрим теперь алгоритмы, применяемые в данной модели распределения памяти.Сначала рассмотрим алгоритм для модели с N очередями.
Сортировка входной очереди процессовпо отдельным очередям к разделам сводится к тому, что приходящий процесс размещается вразделе минимального размера, достаточного для размещения данного процесса. Заметим, что вобщем случае не гарантируется равномерная загрузка всех очередей, что ведет к неэффективностииспользования памяти. Возможны ситуации, когда к каким-то разделам имеются большиеочереди, а к разделам большего размера очередей вообще нет, т.е. возникает проблеманедозагрузки некоторых разделов.Другая модель с единой очередью процессов является более гибкой. Но она имеет своипроблемы. В частности, возникает проблема выбора процесса из очереди для размещения его втолько что освободившийся раздел.Одно из решений указанной проблемы может состоять в том, что из очереди выбираетсяпервый процесс, помещающийся в освободившемся разделе.
Такой алгоритм достаточно простойи не требует просмотра всей очереди процессов. Но в этом случае зачастую возможны ситуациинесоответствия размеров процесса и раздела, когда процесс намного меньше этого раздела. Этоможет привести к тому, что маленькие процессы будут «подавлять» более крупные процессы,которые могли бы поместиться в освободившемся разделе.Другое решение предлагает, напротив, искать в очереди процесс максимального размера,помещающийся в освободившийся раздел. Очевидно, данный алгоритм требует просмотра всейочереди процессов, но зато он достаточно эффективно обходит проблему фрагментации раздела(возникающей, когда «маленький» процесс загружается в крупный раздел, и оставшаяся частьраздела просто не используется).
Как следствие, данный алгоритм подразумевает дискриминацию«маленьких» процессов при выборе очередного процесса для постановки на исполнение.Чтобы избавиться от последней проблемы, можно воспользоваться некотороймодификацией второго решения, основанного на следующем.
Для каждого процесса имеетсясчетчик дискриминации. Под дискриминацией будем понимать ситуацию, когда в системеосвободился раздел, достаточный для загрузки данного раздела, но система планирования ОС егопропустила. Соответственно, при каждой дискриминации из счетчика дискриминации процессавычитается единица.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
