Оперативна пам'ять

 

Рис. 22. Розподіл пам'яті переміщуваними розділами

 

Хоча процедура стиску і приводить до більш ефективного використання пам'яті, вона може вимагати значного часу, що часто переважує переваги даного методу.

 

 

 

Уже досить давно користувачі зустрічалися з проблемою розміщення в пам'яті програм, розмір яких перевищував наявну вільну пам'ять. Рішенням було розбиття програми на частині, які називаються оверлеями. Нульовий оверлей починав виконуватися першим. Коли він закінчував своє виконання, він викликав інший оверлей. Всі оверлеї зберігалися на диску і переміщувались між пам'яттю і диском засобами ОС. Однак розбивка програми на частини і планування їхнього завантаження в ОП повинен був здійснювати програміст.

Розвиток методів організації обчислювального процесу в цьому напрямку привело до появи методу, відомого під назвою віртуальна пам'ять. Віртуальним називається ресурс, який користувачу чи користувацькій програмі представляється володіючим властивостями, якими він у дійсності не володіє. Так, наприклад, користувачу може бути надана віртуальна ОП, розмір якої перевершує всю наявну в системі реальну ОП. Користувач пише програми так, ніби в його розпорядженні наявна однорідна ОП великого обсягу, але в дійсності всі дані, використовувані програмою, зберігаються на одному чи декількох різнорідних ЗП, звичайно на дисках, і при необхідності частинами відображаються в реальну пам'ять.

Віртуальна пам'ять – це сукупність програмно-апаратних засобів, що дозволяють користувачам писати програми, розмір яких перевершує наявну ОП.

Для цього ВП вирішує наступні задачі:

- розміщує дані в ЗП різного типу, наприклад, частина програми в ОП, а частина на диску;

- переміщує по мірі необхідності дані між ЗП різного типу, наприклад, завантажує потрібну частину програми з диска в ОП;

– перетворює ВА у фізичні.

Всі ці дії виконуються автоматично, без участі програміста, тобто механізм ВП і є прозорим стосовно користувача.

Найбільш розповсюдженими реалізаціями ВП є сторінковий, сегментний і сторінково-сегментний розподіл пам'яті, а також свопінг.

 

 

ВАП кожного процесу поділяється на частини однакового, фіксованого для даної системи розміру, як називаються віртуальними сторінками. У загальному випадку розмір ВАП не є кратним розміру сторінки, тому остання сторінка кожного процесу доповнюється фіктивною областю.

Вся ОП машини також поділяється на частині такого ж розміру, називані фізичними сторінками (чи блоками).

Розмір сторінки звичайно вибирається рівним ступеня двійки: 512, 1024 і т. д., це дозволяє спростити механізм перетворення адрес.

При завантаженні процесу частина його віртуальних сторінок міститься в ОП, а інші – на диск. Суміжні віртуальні сторінки не обов'язково розташовуються в суміжних фізичних сторінках. При завантаженні ОС створює для кожного процесу інформаційну структуру – таблицю сторінок, у якій установлюється відповідність між номерами віртуальних і фізичних сторінок для сторінок, завантажених в ОП, чи робиться оцінка про те, що віртуальна сторінка вивантажена на диск. Крім того, у таблиці сторінок міститься керуюча інформація, така як ознака модифікації сторінки, ознака невивантаження (вивантаження деяких сторінок може бути заборонене), ознака звертання до сторінки (використовується для підрахунку числа звертань за визначений період часу) і інші дані, формовані і використовувані механізмом ВП.

При активізації чергового процесу в спеціальний регістр процесора завантажується адреса таблиці сторінок даного процесу.

При кожному звертанні до пам'яті відбувається зчитування з таблиці сторінок інформації про віртуальну сторінку, до якої відбулося звертання. Якщо дана віртуальна сторінка знаходиться в ОП, то виконується перетворення ВА у фізичну. Якщо ж потрібна віртуальна сторінка в даний момент вивантажена на диск, то відбувається так зване сторінкове переривання. Процес, що виконується, переводиться в стан чекання, і активізується інший процес з черги готових. Паралельно програма обробки сторінкового переривання знаходить на диску необхідну віртуальну сторінку і намагається завантажити її в ОП. Якщо в пам'яті наявна вільна фізична сторінка, то завантаження виконується негайно, якщо ж вільних сторінок немає, то вирішується питання, яку сторінку потрібно вивантажити з ОП.

У даній ситуації може бути використано багато різних критеріїв вибору, найбільш популярні з них наступні:

- довше всього не використовувалася сторінка,

- перша сторінка, що зустрілася,

- сторінка, до якої останнім часом було найменше звертань.

У деяких системах використовується поняття робочої безлічі сторінок. Робоча безліч визначається для кожного процесу і являє собою перелік найбільше часто використовуваних сторінок, що повинні постійно знаходитися в ОП і тому не підлягають вивантаженню.

Після того, як обрана сторінка залишила ОП, аналізується її ознака модифікації (з таблиці сторінок). Якщо сторінка, що виштовхується, з моменту завантаження була модифікована, то її нова версія повинна бути переписана на диск. Якщо ні, то вона може бути просто знищена, тобто відповідна фізична сторінка являється вільною.

Розглянемо механізм перетворення ВА у фізичний при сторінковій організації пам'яті (рис. 23).

ВА при сторінковому розподілі може бути представлений у виді пари