Сегментное распределение

Рассмотрим, каким образом сегментное распределение памяти реализует возможности .Виртуальное адресное пространство процесса делится на сегменты, размер которых определяется программистом с учетом смыслового значения содержащейся в них информации. Отдельный сегмент может представлять собой подпрограмму, массив данных и т.п. Иногда сегментация программы выполняется по умолчанию компилятором.

При загрузке процесса часть сегментов помещается в оперативную память (при этом для каждого из этих сегментов операционная система подыскивает подходящий участок свободной памяти), а часть сегментов размещается в дисковой памяти. Сегменты одной программы могут занимать в оперативной памяти несмежные участки. Во время загрузки система создает таблицу сегментов процесса (аналогичную таблице страниц), в которой для каждого сегмента указывается начальный физический адрес сегмента в оперативной памяти, размер сегмента, правила доступа, признак модификации, признак обращения к данному сегменту за последний интервал времени и некоторая другая информация. Если виртуальные адресные пространства нескольких процессов включают один и тот же сегмент, то в таблицах сегментов этих процессов делаются ссылки на один и тот же участок оперативной памяти, в который данный сегмент загружается в единственном экземпляре.

Странично-сегментное распределение

Как видно из названия, данный метод представляет собой комбинацию страничного и сегментного распределения памяти и, вследствие этого, сочетает в себе достоинства обоих подходов. Виртуальное пространство процесса делится на сегменты, а каждый сегмент в свою очередь делится на виртуальные страницы, которые нумеруются в пределах сегмента. Оперативная память делится на физические страницы. Загрузка процесса выполняется операционной системой постранично, при этом часть страниц размещается в оперативной памяти, а часть на диске. Для каждого сегмента создается своя таблица страниц, структура которой полностью совпадает со структурой таблицы страниц, используемой при страничном распределении. Для каждого процесса создается таблица сегментов, в которой указываются адреса таблиц страниц для всех сегментов данного процесса. Адрес таблицы сегментов загружается в специальный регистр процессора, когда активизируется соответствующий процесс. На рисунке 2.15 показана схема преобразования виртуального адреса в физический для данного метода.

15 Иерархия запоминающих устройств. Кэш-память. Способы отображения основной памяти на кэш. Схемы выполнения запросов в системах с кэш-памятью.

При создании системы памяти постоянно приходится решать задачу обеспечения требуемой емкости и высокого быстродействия за приемлемую цену. Наиболее эффективным решением является создание иерархической памяти. Иерархическая память состоит из ЗУ различных типов (см. рисунок ниже), которые, в зависимости от характеристик, относят к определенному уровню иерархии. Более высокий уровень меньше по емкости, быстрее и имеет большую стоимость в пересчете на бит, чем более низкий уровень. Уровни иерархии взаимосвязаны: все данные на одном уровне могут быть также найдены на более низком уровне, и все данные на этом более низком уровне могут быть найдены на следующем нижележащем уровне и т. д.

Кэш — это память с большей скоростью доступа, предназначенная для ускорения обращения к данным, содержащимся постоянно в памяти с меньшей скоростью доступа (далее «основная память»). Кэширование применяется ЦПУ, жёсткими дисками, браузерами, веб-серверами, службами DNS и WINS.Кэш состоит из набора записей. Каждая запись ассоциирована с элементом данных или блоком данных (небольшой части данных), которая является копией элемента данных в основной памяти. Каждая запись имеет идентификатор, часто называемый тегом, определяющий соответствие между элементами данных в кэше и их копиями в основной памяти.Алгоритмы поиска и замещения данных в кэше зависят от того, как основная память отображается на кэш.

Используются две схемы отображения:

· случайное отображение;

· детерминированное отображение.

При случайном отображении элемент оперативной памяти может быть размещен в произвольном месте кэш памяти. Он помещается туда вместе со своим адресом в оперативной памяти. Поиск информации осуществляется по этому адресу. Процедуры простого перебора адресов при больших временных затрат.Поэтому используется так называемый ассоциативный поиск, при котором сравнение выполняется не последовательно с каждой записью в кэше, а параллельно со всеми его записями. Признак, по которому выполняется сравнение, называется тэгом (tag). В данном случае тэгом является адрес данных в оперативной памяти.Электронная реализация такого поиска значительно удорожает кэш-память. Поэтому этот метод используется для обеспечения высокого процента попадания при небольшом объеме кэш-памяти.В кэшах на основе случайного отображения вытеснение старых данных происходит только в том случае, когда вся кэш-память заполнена и нет свободного места. Выбор данных на выгрузку основывается на тех же принципах, что и при замещении страниц (давно нет обращений, меньше всего обращений и т.д.).При детерминированном способе отображения любой элемент основной памяти отображается в одно и то же место кэш-памяти. В этом случае кэш-память разделена на строки, каждая из которых предназначена для хранения одной записи об одном элементе данных и имеет свой номер.Между номерами строк кэш-памяти и адресами оперативной памяти устанавливается соответствие «один ко многим»: одному номеру строки соответствует несколько (довольно много) адресов оперативной памяти.

Приведем в словесной форме обобщенный алгоритм работы кэш-памяти. В качестве обучающего примера попытайтесь нарисовать схему этого алгоритма.

1. Выполнить запрос к основной памяти.

2. Выполнить просмотр кэша.

3. Произошло кэш-попадание. Если да, то перейти к шагу 4, если нет, то- к шагу 8.

4. Определить какая операция. Если «чтение», то перейти к шагу 5, если «запись» - к шагу 7.

5. Считать данные из кэша.

6. Передать данные источнику запроса. Закончить алгоритм.

7. Определить режим согласования. Если «сквозная запись», то произвести запись в основную память и в кэш, иначе (т.е. режим «обратной записи») – произвести запись в кэш и установить признак модификации. Закончить алгоритм.

8. Определить, какая операция: если «запись», то произвести запись в основную память и закончить алгоритм; если «чтение», перейти к шагу 9.

9. Произвести чтение из основной памяти.

10. Определить, есть ли свободное пространство в кэше. Если да, то перейти к шагу 13, иначе – к шагу 11.

11. Осуществить выбор данных на выгрузку и объявить соответствующий элемент кэша свободным.

12. Определить, были ли выгружаемые данные модифицированы. Если да, то копировать выгружаемые данные в основную память.

13. Копировать данные, считанные из основной памяти в кэш.

14. Передать данные источнику запроса. Закончить алгоритм.