Вопрос 26. Методы распределения памяти без использования диска (фиксированными, динамическими, перемещаемыми разделами). §5.3.1. Методы распределения памяти.
Рассмотрим наиболее общие подходы к распределению памяти, которые были характерны для разных периодов развития ОС. Некоторые из них сохранили актуальность и широко используются в современных ОС, другие же представляют в основном только познавательный интерес, хотя их и сегодня можно встретить в специализированных системах.
Все методы управления памятью могут быть разделены на два класса: методы, которые не используют перемещение сегментов процессов между оперативной памятью и жестким диском, и методы, которые делают этого (рис. 5.3). Начнем с первого, более простого класса методов.
Рис.5.3. Классификация методов распределения памяти
§5.3.1 Распределение памяти без использования диска. Распределение памяти фиксированными разделами.
Самым простым способом управления оперативной памятью является разделение ее на несколько разделов фиксированной величины. Это может быть выполнено вручную оператором во время старта системы или во время ее генерации. Очередная задача, поступившая на выполнение, помещается либо в общую очередь, либо в очередь к некоторому разделу (рис. 5.4).
Рис. 5.4. Распределение памяти фиксированными разделами:
Рис. 5.4. Распределение памяти фиксированными разделами:
а – с общей очередью; б – с отдельными очередями
Подсистема управления памятью в этом случае выполняет следующие задачи:
- выбирает подходящий раздел, сравнивая размер программы, поступившей на выполнение, и свободных разделов;
- осуществляет загрузку программы и настройку адресов.
При простоте реализации данный метод имеет существенный недостаток – отсутствие гибкости. Так как в каждом разделе может выполняться только одна программа, то уровень мультипрограммирования заранее ограничен числом разделов, не зависимо от того, какой размер имеют программы. Например, в системе с тремя разделами невозможно выполнять одновременно более трех процессов, даже если им требуется совсем мало памяти. Даже если программа имеет небольшой объем, она будет занимать весь раздел, что приводит к неэффективному использованию памяти. С другой стороны, даже если общий объем оперативной памяти машины позволяет выполнить некоторую программу, разбиение памяти на разделы не позволяет сделать этого.
Сейчас такой метод распределения памяти находит применение в системах реального времени, в которых заранее известен набор выполняемых задач и их требования к памяти.
Распределение памяти динамическими разделами.
В этом случае память машины не делится заранее на разделы. Сначала вся память свободна. Каждой вновь поступающей задаче выделяется необходимая ей память. Если достаточный объем памяти отсутствует, то задача не принимается на выполнение и стоит в очереди. После завершения задачи память освобождается, и на это место может быть загружена другая задача. Таким образом, в произвольный момент времени оперативная память представляет собой случайную последовательность занятых и свободных участков (разделов) произвольного размера.
На рис. 5.5 показано состояние памяти в различные моменты времени при использовании динамического распределения. Так в момент t0 в памяти находится только ОС, а к моменту t1 память разделена между 5 задачами, причем задача П4, завершаясь, покидает память. На освободившееся после задачи П4 место загружается задача П6, поступившая в момент t3.
Рис. 5.5. Распределение памяти динамическими разделами
(свободные области заштрихованы)
Задачами операционной системы при реализации данного метода управления памятью является:
- ведение таблиц свободных и занятых областей, в которых указываются начальные адреса и размеры областей памяти;
- анализ запроса при поступлении новой задачи – просмотр таблицы свободных областей и выбор раздела, размер которого достаточен для размещения поступившей задачи;
- загрузка задачи в выделенный ей раздел и корректировка таблиц свободных и занятых областей;
- корректировка таблиц свободных и занятых областей после завершения задачи.
Программный код не перемещается во время выполнения, то есть может быть проведена единовременная настройка адресов посредством использования перемещающего загрузчика.
Выбор раздела для вновь поступившей задачи может осуществляться по разным правилам, например: "первый попавшийся раздел достаточного размера", "раздел, имеющий наименьший достаточный размер", "раздел, имеющий наибольший достаточный размер". Все эти правила имеют свои преимущества и недостатки.
По сравнению с методом распределения памяти фиксированными разделами данный метод обладает гораздо большей гибкостью, но ему присущ очень серьезный недостаток – фрагментация памяти.
Фрагментация – это наличие большого числа несмежных областей свободной памяти очень маленького размера (фрагментов). Ни одна из вновь поступающих программ не может целиком поместиться ни в одном из фрагментов, при этом суммарный объем фрагментов может намного превышать требуемый объем памяти.
Распределение памяти динамическими разделами использовалось во многих мультипрограммных операционных системах 1960-70-х годов.