Функции операционной системы по управлению памятью в мультипрограммных системах

• отслеживание (учет) свободной и занятой памяти;

• первоначальное и динамическое распределение памяти приложений и самой ОС;

• освобождение памяти при завершении процессов;

• настройка адресов программы на конкретную областьфизической памяти;

• полное или частичное вытеснение кодов и данных процессов из ОП на диск, когда размеры ОП недостаточны для размещения всех процессов и возвращение их в ОП;

• защита памяти, выделенной процессу, от возможных вмешательств со стороны других процессов;

• дефрагментация памяти.

Совокупность виртуальных адресов процесса называется виртуальным адресным пространством (ВАП).

Диапазон возможных адресов виртуального пространства у всех процессов является одним и тем же.

Например, при использовании 32-разрядных виртуальных адресов этот диапазон задается границами 00000000₁₆и FFFFFFFF₁₆. Тем не менее каждый процесс имеет собственное виртуальное адресное пространство — транслятор присваивает виртуальные адреса переменным и кодам каждой программе независимо.

Максимальный размер виртуального адресного пространства ограничивается только разрядностью адреса, присущей данной архитектуре компьютера, и, как правило, не совпадает с объемом физической памяти, имеющимся в компьютере.

Виртуальная память

Методы реализации виртуальной памяти:

1. Страничная виртуальная память – организует перемещение данных между ОП и диском страницами – частями виртуального адресного пространства фиксированного и сравнительно небольшого размера.

2. Сегментная виртуальная память предусматривает перемещение данных сегментами – частями виртуального адресного пространства произвольного размера, полученными с учетом смыслового значения данных.

3. Сегментно-страничная виртуальная память использует двухуровневое деление: виртуальное адресное пространство делится на сегменты, а затем сегменты делятся на страницы. Единицей перемещения данных является страница.

4. Для временного хранения сегментов и страниц на диске отводится специальная область – страничный файл или файл подкачки (pagingfile).

Распределение фиксированными разделами

Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи:

• Сравнивает объем памяти, требуемый для вновь поступившего процесса, с размерами свободных разделов и выбирает подходящий раздел;

• Осуществляет загрузку программы в один из разделов и настройку адресов. Уже на этапе трансляции разработчик программы может задать раздел, в котором ее следует выполнять. Это позволяет сразу, без использования перемещающего загрузчика, получить машинный код, настроенный на конкретную область памяти.

• Достоинства: простота, минимальные требования к операционной системе. Недостатки: 1) количество разделов, определенных во время генерации ОС (режим MFT OS/360), ограничивает число активных процессов; 2) неэффективное использование памяти.

Распределение динамическими разделами

В этом случае память машины не делится заранее на разделы. Сначала вся память, отводимая для приложений, свободна. Каждому вновь поступающему на выполнение приложению на этапе создания процесса выделяется вся необходимая ему память (если достаточный объем памяти отсутствует, то приложение не принимается на выполнение и процесс для него не создается). После завершения процесса память освобождается, и на это место может быть загружен другой процесс. Таким образом, в произвольный момент времени ОП представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера.

Достоинства: большая гибкость по сравнению с фиксированными разделами. Недостаток: внешняя фрагментация