Функции ОС по управлению памятью.

Память является важнейшим ресурсом, требующим тщательного управления со стороны мультипрограммной операционной системы. Распределению подлежит вся оперативная память, не занятая операционной системой. Обычно ОС располагается в самых младших адресах, однако может занимать и самые старшие адреса.

Функциями ОС по управлению памятью являются:

1. отслеживание свободной и занятой памяти,
2. выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов,
3. вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и
4. возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место,
5. а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти. На рисунке 1 приведена схема управления оперативной памятью вычислительной системы.

Цель управления оперативной памятью:

· уменьшить пустые пространства памяти (т.е. фрагментацию), возникающие из-за того, что программы пользователей имеют различные объемы и особенности;

· повысить степень мультипрограммирования (в конечном счете – увеличить производительность ЭВМ).

Механизмы управления памятью следующие:

· размещение с фиксированного адреса;

· размещение с любого адреса (перемещение программы в ОП в процессе исполнения);

· размещение программы вразброс (участками);

· частичное размещение программы в ОП.

Рис. 1. Схема управления оперативной памятью вычислительной системы

ЛАП – логическое адресное пространство;

ФАП – физическое адресное пространство.

Типы адресов.

Для идентификации переменных и команд используются: логические имена (метки), виртуальные адреса и физические адреса (рис. 2).

Логические имена (метки), присваивает пользователь при написании программы на алгоритмическом языке или ассемблере (низкоуровневый язык, на нем «думает» машина).

Виртуальные адреса вырабатывает транслятор, переводящий программу на машинный язык. Так как во время трансляции в общем случае не известно, в какое место оперативной памяти будет загружена программа, то транслятор присваивает переменным и командам виртуальные (условные) адреса, обычно считая по умолчанию, что программа будет размещена, начиная с нулевого адреса.

Совокупность виртуальных адресов процесса называется виртуальным адресным пространством.

Каждый процесс имеет собственное виртуальное адресное пространство. Максимальный размер виртуального адресного пространства ограничивается разрядностью адреса, присущей данной архитектуре компьютера, и, как правило, не совпадает с объемом физической памяти, имеющимся в компьютере.

Рис. 2. Схема «Пространство и отображение» при виртуальной памяти

ЯП – ячейка памяти

Отображение производится в два этапа:

· системой программирования;

· ОС с помощью программы управления памятью.

Физические адреса соответствуют номерам ячеек оперативной памяти, где в действительности расположены или будут расположены переменные и команды.

Переход от виртуальных адресов к физическим может осуществляться двумя способами:

1. Способ:В первом случае замену виртуальных адресов на физические делает специальная системная программа – «перемещающий загрузчик». Перемещающий загрузчик на основании имеющихся у него исходных данных о начальном адресе физической памяти, в которую предстоит загружать программу, и информации, предоставленной транслятором об адресно-зависимых константах программы, выполняет загрузку программы, совмещая ее с заменой виртуальных адресов физическими.

2. Способ: Второй способ заключается в том, что программа загружается в память в неизмененном виде в виртуальных адресах, при этом операционная система фиксирует смещение действительного расположения программного кода относительно виртуального адресного пространства. Во время выполнения программы при каждом обращении к оперативной памяти выполняется преобразование виртуального адреса в физический.

Второй способ является более гибким, он допускает перемещение программы во время ее выполнения, в то время как перемещающий загрузчик жестко привязывает программу к первоначально выделенному ей участку памяти. Вместе с тем использование перемещающего загрузчика уменьшает накладные расходы, так как преобразование каждого виртуального адреса происходит только один раз во время загрузки,

«–» а во втором случае - преобразование каждого виртуального адреса происходит каждый раз при обращении по данному адресу.

В некоторых случаях (обычно в специализированных системах), когда заранее точно известно, в какой области оперативной памяти будет выполняться программа, транслятор выдает исполняемый код сразу в физических адресах.