διαχείριση μνήμης

11

Διαχείριση μνήμης

Σύνδεση με τις προηγούμενες γνώσειςΣύνδεση με τις προηγούμενες γνώσεις

ΕΡ: ΕΡ: Ποιες είναι οι 2 βασικές κατηγορίες μνήμης σε έναν Η/Υ;Ποιες είναι οι 2 βασικές κατηγορίες μνήμης σε έναν Η/Υ;

ΕΡ: ΕΡ: Πώς αλλιώς ονομάζεται η κεντρική μνήμη;Πώς αλλιώς ονομάζεται η κεντρική μνήμη;

ΕΡ: ΕΡ: Ποια είναι η χρησιμότητα της κεντρικής μνήμης;Ποια είναι η χρησιμότητα της κεντρικής μνήμης;

ΕΡ: ΕΡ: Τι ονομάζουμε χωρητικότητα μνήμης;Τι ονομάζουμε χωρητικότητα μνήμης; Σήμερα η χωρητικότητα της μνήμης είναι τεράστια σε σχέση με το Σήμερα η χωρητικότητα της μνήμης είναι τεράστια σε σχέση με το

παρελθόν.παρελθόν. ΕΡ: ΕΡ: Πόσα Πόσα Bytes Bytes είναι τα 64είναι τα 64KBytes;KBytes;

ΕΡ: ΕΡ: Ποιος διαχειρίζεται τη μνήμη;Ποιος διαχειρίζεται τη μνήμη; Διαχειριστής μνήμης (Διαχειριστής μνήμης (memory manager)memory manager)

22


Επικάλυψη μνήμηςΕπικάλυψη μνήμης

Στους πρώτους Η/Υ η μνήμη είχε πολύ μικρή χωρητικότητα.Στους πρώτους Η/Υ η μνήμη είχε πολύ μικρή χωρητικότητα.Οι προγραμματιστές έπρεπε να βρουν τρόπους (πατέντες) για να χωρέσουν ένα Οι προγραμματιστές έπρεπε να βρουν τρόπους (πατέντες) για να χωρέσουν ένα μεγάλο πρόγραμμα στη μνήμη. Έτσι εφεύραν την μεγάλο πρόγραμμα στη μνήμη. Έτσι εφεύραν την επικάλυψηεπικάλυψη..

ΠαράδειγμαΠαράδειγμα: Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μνήμη μόνο 64 : Ας υποθέσουμε ότι έχουμε μνήμη μόνο 64 Kbytes Kbytes και θέλουμε να και θέλουμε να φορτώσουμε ένα πρόγραμμα των 200 φορτώσουμε ένα πρόγραμμα των 200 Kbytes. Kbytes.

Προφανές 1 Προφανές 1 το πρόγραμμα δεν χωράει στη μνήμη το πρόγραμμα δεν χωράει στη μνήμη Προφανές 2 Προφανές 2 το πρόγραμμα ΠΡΕΠΕΙ να εκτελεστεί. Πώς; το πρόγραμμα ΠΡΕΠΕΙ να εκτελεστεί. Πώς;

Λύση Λύση Επικάλυψη Επικάλυψη Το πρόγραμμα χωρίζεται σε Ν τμήματα έτσι ώστε το καθένα να χωράει στη μνήμηΤο πρόγραμμα χωρίζεται σε Ν τμήματα έτσι ώστε το καθένα να χωράει στη μνήμη Το 1Το 1οο τμήμα φορτώνεται στη μνήμη και εκτελείται. τμήμα φορτώνεται στη μνήμη και εκτελείται. Όταν τελειώσει το 1Όταν τελειώσει το 1οο τμήμα (με 1 εντολή) φορτώνει το 2 τμήμα (με 1 εντολή) φορτώνει το 2οο τμήμα στη μνήμη και αποχωρεί. τμήμα στη μνήμη και αποχωρεί. Όταν τελειώσει το 2Όταν τελειώσει το 2οο τμήμα (με 1 εντολή) φορτώνει το 3 τμήμα (με 1 εντολή) φορτώνει το 3οο τμήμα στη μνήμη και αποχωρεί. τμήμα στη μνήμη και αποχωρεί. ………………………….. Όταν τελειώσει το Ν-1Όταν τελειώσει το Ν-1οο τμήμα (με 1 εντολή) φορτώνει το Ν τμήμα (με 1 εντολή) φορτώνει το Νοο τμήμα στη μνήμη και αποχωρεί. τμήμα στη μνήμη και αποχωρεί.

ΕΡ: ΕΡ: Ποιος ήταν υπεύθυνος για τον χωρισμό του προγράμματος σε τμήματα και Ποιος ήταν υπεύθυνος για τον χωρισμό του προγράμματος σε τμήματα και γενικά για όλη τη διαδικασία;γενικά για όλη τη διαδικασία;

Ο προγραμματιστής του προγράμματος.Ο προγραμματιστής του προγράμματος.

33


Ανταλλαγή μνήμης (Ανταλλαγή μνήμης (Swapping)Swapping)

Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να φορτώσουμε πολλά προγράμματα στη Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να φορτώσουμε πολλά προγράμματα στη μνήμη αλλά κάποια από αυτά δεν χωράνεμνήμη αλλά κάποια από αυτά δεν χωράνε. . Λύση Λύση Ανταλλαγή ΑνταλλαγήΤα προγράμματα εναλλάσσονται στη μνήμη ανάλογα με τις ανάγκεςΤα προγράμματα εναλλάσσονται στη μνήμη ανάλογα με τις ανάγκεςΠχ στο παρακάτω σχήμα:Πχ στο παρακάτω σχήμα:

το Δ7 ανταλλάσσεται με το Δ4 το Δ7 ανταλλάσσεται με το Δ4 το Δ6 ανταλλάσσεται με το Δ8 το Δ6 ανταλλάσσεται με το Δ8

Ποιο μπορεί να είναι το μειονέκτημα της μεθόδου της ανταλλαγής;Ποιο μπορεί να είναι το μειονέκτημα της μεθόδου της ανταλλαγής; Καθυστέρηση στην ανταλλαγήΚαθυστέρηση στην ανταλλαγή

Λύση υπάρχει;Λύση υπάρχει; Αύξηση της κεντρικής μνήμηςΑύξηση της κεντρικής μνήμης

Δ7

Δ6

Δ5

Δ2

Δ1

Δ8

Δ4

Δ3

44


ΤμήματαΤμήματα

Όλα τα σύγχρονα Λειτουργικά συστήματα επιτρέπουν τη Διαίρεση Όλα τα σύγχρονα Λειτουργικά συστήματα επιτρέπουν τη Διαίρεση των προγραμμάτων σε τμήματα που φορτώνονται όταν χρειάζονταιτων προγραμμάτων σε τμήματα που φορτώνονται όταν χρειάζονται. . Πχ:Πχ:

Τμήμα1 Τμήμα1 Απόδοση αρχικών τιμών Απόδοση αρχικών τιμών Τμήμα2 Τμήμα2 Εκτύπωση Εκτύπωση Τμήμα3 Τμήμα3 Δημιουργία γραφημάτων Δημιουργία γραφημάτων Τμήμα4 Τμήμα4 Αποθήκευση Αποθήκευση

55


Τεχνικές διάθεσης-διαχείρισης κεντρικής μνήμηςΤεχνικές διάθεσης-διαχείρισης κεντρικής μνήμης

Υπάρχουν αρκετές τεχνικές διαχείρισης της κεντρικής μνήμης. Οι Υπάρχουν αρκετές τεχνικές διαχείρισης της κεντρικής μνήμης. Οι σημαντικότερες είναι οι παρακάτω:σημαντικότερες είναι οι παρακάτω:


Συνεχόμενηκαταχώρηση

Διαμερισμένη καταχώρηση

Εικονική μνήμη

Στατικές περιοχές

Δυναμικέςπεριοχές

Σελιδοποίηση ΤεμαχισμόςΤεμαχισμός

Με Σελιδοποίηση

66


Συνεχόμενη καταχώρηση μνήμηςΣυνεχόμενη καταχώρηση μνήμης

Η πιο απλή τεχνική διάθεσης μνήμης σε πρόγραμμα.Η πιο απλή τεχνική διάθεσης μνήμης σε πρόγραμμα.

Εφαρμόζεται μόνο σε Λειτουργικά συστήματα μονοΕφαρμόζεται μόνο σε Λειτουργικά συστήματα μονο--προγραμματισμού (μόνο 1 πρόγραμμα στη μνήμη, πχ προγραμματισμού (μόνο 1 πρόγραμμα στη μνήμη, πχ MS-DOSMS-DOS).).

Η μνήμη διαμοιράζεται ανάμεσα στο πρόγραμμα και το ΛΣ.Η μνήμη διαμοιράζεται ανάμεσα στο πρόγραμμα και το ΛΣ.

Τεχνικές διαχείρισης

Λειτουργικό σύστημα

Πρόγραμμα

77


Διαμερισμένη καταχώρησηΔιαμερισμένη καταχώρηση

Εφαρμόζεται σε Λειτουργικά συστήματα πολυΕφαρμόζεται σε Λειτουργικά συστήματα πολυ--προγραμματισμού προγραμματισμού (πχ (πχ Windows, Linux Windows, Linux κτλ).κτλ).Η μνήμη χωρίζεται σε περιοχέςΗ μνήμη χωρίζεται σε περιοχέςΣε κάθε πρόγραμμα διατίθεται μία περιοχήΣε κάθε πρόγραμμα διατίθεται μία περιοχήΗ περιοχή θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για να χωρέσει το Η περιοχή θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη για να χωρέσει το πρόγραμμα.πρόγραμμα.Υπάρχουν 2 τρόποι χωρίσματος της μνήμης σε περιοχέςΥπάρχουν 2 τρόποι χωρίσματος της μνήμης σε περιοχές

Στατικός ορισμός των περιοχώνΣτατικός ορισμός των περιοχών Δυναμικός ορισμός των περιοχώνΔυναμικός ορισμός των περιοχών


88


Διαμερισμένη καταχώρηση – Στατικές περιοχές Διαμερισμένη καταχώρηση – Στατικές περιοχές

Ο απλούστερος τρόπος να χωρίσουμε τη μνήμη σε περιοχέςΟ απλούστερος τρόπος να χωρίσουμε τη μνήμη σε περιοχέςΟι περιοχές είναι συνήθως άνισες σε μέγεθος. Γιατί;Οι περιοχές είναι συνήθως άνισες σε μέγεθος. Γιατί;

για να εξυπηρετούν τις διαφορετικές ανάγκες των προγραμμάτων σε μνήμηγια να εξυπηρετούν τις διαφορετικές ανάγκες των προγραμμάτων σε μνήμη

Παράδειγμα: έχουμε χωρίσει τη μνήμη σε 3 περιοχές:Παράδειγμα: έχουμε χωρίσει τη μνήμη σε 3 περιοχές: Περιοχή 1 Περιοχή 1 384 384 KB, KB, Περιοχή Περιοχή 22 512512 KB, KB, Περιοχή Περιοχή 33 10241024 KB, KB,

Και εκτελούμε διαδοχικά 3 προγράμματαΚαι εκτελούμε διαδοχικά 3 προγράμματα ΑΑ 300 300 KB, KB, BB 6600 00 KB, KB, ΓΓ 300 300 KBKB



Περιοχή 3

Περιοχή 2

Περιοχή 1

0 KB

128 KB

512 KB

1024 KB

2048 KB

Α

Β

Γ

428 KB

812 KB

1524 KB

Μειονέκτημα της μεθόδου;Μειονέκτημα της μεθόδου;Μεγάλο μέρος της μνήμης μένει ανεκμετάλλευτοΜεγάλο μέρος της μνήμης μένει ανεκμετάλλευτο

99


Διαμερισμένη καταχώρηση – Δυναμικές περιοχές Διαμερισμένη καταχώρηση – Δυναμικές περιοχές

Το μέγεθος των περιοχών αποφασίζεται ανάλογα με το μέγεθος των Το μέγεθος των περιοχών αποφασίζεται ανάλογα με το μέγεθος των προγραμμάτων.προγραμμάτων.Εκτελούμε διαδοχικά 2 προγράμματαΕκτελούμε διαδοχικά 2 προγράμματα

ΑΑ 300 300 KB, KB, BB 6600 00 KB, KB,

Το Το A A τελειώνει την εκτέλεσή του και αποχωρεί από τη μνήμη.τελειώνει την εκτέλεσή του και αποχωρεί από τη μνήμη.Εκτελείται το Γ με μέγεθος 400 ΚΒΕκτελείται το Γ με μέγεθος 400 ΚΒ


Λειτουργικό σύστημα0 KB

128 KB

1028 ΚΒ

1428 KB

Α

Β

Γ

428 KB

Α

1010


Διαμερισμένη καταχώρηση – Πρόβλημα κατακερματισμούΔιαμερισμένη καταχώρηση – Πρόβλημα κατακερματισμού

Εσωτερικός ή εξωτερικόςΕσωτερικός ή εξωτερικός ΕξωτερικόςΕξωτερικός: ο συνολικός χώρος υπάρχει, αλλά η διεργασία δεν χωράει: ο συνολικός χώρος υπάρχει, αλλά η διεργασία δεν χωράει ΕσωτερικόςΕσωτερικός: η διεργασία δεσμεύει περισσότερα απ’ όσα χρειάζεται: η διεργασία δεσμεύει περισσότερα απ’ όσα χρειάζεται


Οπή

Οπή

Οπή

Διεργασία Γ

Διεργασία Α

Διεργασία Β

Διεργασία Δ

σύμπτυξη

Οπή


Διεργασία Γ

Διεργασία Α

Διεργασία Β

1111


Εικονική μνήμηΕικονική μνήμη

Υπάρχουν περιπτώσεις που οι προηγούμενες τεχνικές δεν επαρκούν.Υπάρχουν περιπτώσεις που οι προηγούμενες τεχνικές δεν επαρκούν. Προγράμματα που δεν χωρούν να φορτωθούν στη φυσική μνήμηΠρογράμματα που δεν χωρούν να φορτωθούν στη φυσική μνήμη Προγράμματα που δεν χωρούν να φορτωθούν στη φυσική μνήμη αλλά δεν Προγράμματα που δεν χωρούν να φορτωθούν στη φυσική μνήμη αλλά δεν

χωρούν τα δεδομένα τουςχωρούν τα δεδομένα τους

Το πρόβλημα μπορεί να λυθεί. Πώς;Το πρόβλημα μπορεί να λυθεί. Πώς; Να αυξήσουμε τη φυσική μνήμη Να αυξήσουμε τη φυσική μνήμη Πόσο όμως; Πόσο όμως; Να εκτελούμε 1 πρόγραμμα τη φορά Να εκτελούμε 1 πρόγραμμα τη φορά Είναι αυτό θεμιτό; Είναι αυτό θεμιτό;

Λύση Λύση Εικονική μνήμη Εικονική μνήμη Εξασφαλίζει την εκτέλεση προγραμμάτων που χρειάζονται περισσότερη Εξασφαλίζει την εκτέλεση προγραμμάτων που χρειάζονται περισσότερη

μνήμη από τη φυσική μνήμημνήμη από τη φυσική μνήμη Φυσική μνήμη Φυσική μνήμη Η πραγματική μνήμη του υπολογιστή ( Η πραγματική μνήμη του υπολογιστή (RAM)RAM) Εικονική μνήμη Εικονική μνήμη Η μνήμη που βλέπει κάθε πρόγραμμα Η μνήμη που βλέπει κάθε πρόγραμμα

1212


Εικονική μνήμη: ΣελιδοποίησηΕικονική μνήμη: Σελιδοποίηση

Η εικονική μνήμη διαιρείται σε ίσα, συνεχόμενα μέρη, που ονομάζονται σελίδες (pages).

Με τον ίδιο τρόπο διαιρείται και η φυσική μνήμη σε ενότητες (Πλαίσια σελίδας).

Το μέγεθος της ενότητας (πλαισίου σελίδας) είναι ίδιο με αυτό της σελίδας.

Το ΛΣ κρατά ένα πίνακα αντιστοίχισης σελίδων και ενοτήτων.

Για κάθε σελίδα της εικονικής μνήμης φαίνεται στον πίνακα η ενότητα (πλαίσιο σελίδας) της φυσικής μνήμης στην οποία αντιστοιχεί ή ότι η σελίδα βρίσκεται στη δευτερεύουσα μνήμη.

0 1

Σελίδα 0

9 10 11

Σελίδα 1

19

90 91

Σελίδα 9

99


0 1 9

Πλαίσιο σελίδας

0

10 11

19


1

40 41

49


4

Φυσική μνήμηΦυσική μνήμη

Σελίδα

Πλαίσιο Σελίδας

0 1 1 - 2 0 3 4 4 - 5 2 6 - 7 3 8 - 9 -

Πίνακας ΣελίδωνΠίνακας Σελίδων

1313



0 1 9


0

10 11

19


1

40 41

49


4

0 1

Σελίδα 0

9 10 11

Σελίδα 1

19

90 91

Σελίδα 9

99

Σελίδα


0 1 1 - 2 0 3 4 4 - 5 2 6 - 7 3 8 - 9 -




Για να μεταφραστεί μια εικονική διεύθυνση (ΕΔ), πρώτα βρίσκεται η σελίδα (Σ) στην οποία ανήκει.

Το ΛΣ αναζητά τη σελίδα αυτή στον πίνακα αντιστοίχισης, και βρίσκει ότι αντιστοιχεί σε κάποια ενότητα Ε (πλαίσιο σελίδας).

Η φυσική διεύθυνση (ΦΔ) θα ανήκει στην ενότητα αυτή, και θα βρίσκεται σε αντίστοιχη θέση με αυτή της ΕΔ μέσα στη σελίδα Σ

1414



0 1 2 3

Σελίδα 0

4 5 6 7 8

Σελίδα 1

9 10 11 12 13

Σελίδα 2

14 15 16 17 18

Σελίδα 3

19 20 21 22 23

Σελίδα 4

24

Σελίδα


0 X 1 0 2 1 3 X 4 X



Παράδειγμα: Θεωρούμε σε 1 Η/Υ: Εικονική μνήμη με μέγεθος 5 σελίδων (διευθύνσεις 0-24) Φυσική μνήμη με μέγεθος 2 πλαισίων σελίδων (διευθύνσεις 0-9)

Για παράδειγμα: Εικονική διεύθυνση 6 Πραγματική διεύθυνση 1

ΕΡ: Εικονική διεύθυνση 12;




0 1 2 3 4


0

5 6 7 8 9


1


1515


Εικονική μνήμη: ΤεμαχισμόςΕικονική μνήμη: Τεμαχισμός

Τμήμα Βάση Μήκος 0 1400 1000 1 6300 400 2 4300 400 3 3200 1100 4 4700 1000

Εδώ δεν έχουμε όπως στη σελιδοποίηση σελίδες με ίσο μέγεθος.

Το πρόγραμμα-διεργασία χωρίζεται σε τμήματα με άνισο μέγεθος.

Κάθε τμήμα του προγράμματος μπορεί να μπει σε οποιοδήποτε συνεχή χώρο της μνήμης το χωράει.

Για κάθε τμήμα του προγράμματος αποθηκεύεται σε έναν πίνακα η διεύθυνση της μνήμης από την οποία ξεκινά και το μέγεθός του.

Βασικό πρόγραμμα

Υπολο-γισμοί

Εκτυπώσεις

Δεδομένα

Γραφικά

Τμήμα 0 Τμήμα 3

Τμήμα 1Τμήμα 4

Τμήμα 2

Τμήμα 0

Τμήμα 3

Τμήμα 2

Τμήμα 4

Τμήμα 1

1400

4300

3200

2400

4700

5700

6300

6700

1616


Εικονική μνήμη: ΤεμαχισμόςΕικονική μνήμη: Τεμαχισμός

Τμήμα Βάση Μήκος 0 1400 1000 1 6300 400 2 4300 400 3 3200 1100 4 4700 1000

Παραδείγματα εύρεσης φυσικής (πραγματικής) διεύθυνσης:

Φυσική διεύθυνση = Βάση τμήματος εικονικής διεύθυνσης + αριθμός λέξης Εικονική διεύθυνση (λέξη) 30 τμήματος 0 Φυσική διεύθυνση = 1400 + 30 = 1430 Εικονική διεύθυνση (λέξη) 200 τμήματος 2 Φυσική διεύθυνση = 4300 + 200 = 4400

Εικονική διεύθυνση (λέξη) 405 τμήματος 1 Φυσική διεύθυνση = 6300 + 405 = 67056705 Εικονική διεύθυνση (λέξη) 105 τμήματος 4 Εικονική διεύθυνση (λέξη) 1130 τμήματος 3

Βασικό πρόγραμμα

Υπολο-γισμοί

Εκτυπώσεις

Δεδομένα

Γραφικά

Τμήμα 0 Τμήμα 3

Τμήμα 1Τμήμα 4

Τμήμα 2

Τμήμα 0

Τμήμα 3

Τμήμα 2

Τμήμα 4

Τμήμα 1

1400

4300

3200

2400

4700

5700

6300

6700

1717


Διαχείριση ΜνήμηςΔιαχείριση Μνήμης

Στατική κατανομή της μνήμης: η μνήμη είναι χωρισμένη σε προκαθορισμένα τμήματα που παρέχονται στις διεργασίες

Δυναμική κατανομή της μνήμης: το ΛΣ διαθέτει σε κάθε διεργασία ακριβώς το τμήμα μνήμης που χρειάζεται

Στατική κατανομή της μνήμης: η μνήμη είναι χωρισμένη σε προκαθορισμένα τμήματα που παρέχονται στις διεργασίες

Δυναμική κατανομή της μνήμης: το ΛΣ διαθέτει σε κάθε διεργασία ακριβώς το τμήμα μνήμης που χρειάζεται

Ανταλλαγή: οι διεργασίες αποθηκεύονται αρχικά στη δευτερεύουσα μνήμη και για να εκτελεστούν μεταφέρονται ολόκληρες στην κύρια μνήμη

Εικονική μνήμη: οι διεργασίες χρησιμοποιούν εικονικές διευθύνσεις μνήμης τις οποίες το ΛΣ φροντίζει να αντιστοιχίσει σε πραγματικές διευθύνσεις

Ανταλλαγή: οι διεργασίες αποθηκεύονται αρχικά στη δευτερεύουσα μνήμη και για να εκτελεστούν μεταφέρονται ολόκληρες στην κύρια μνήμη

Εικονική μνήμη: οι διεργασίες χρησιμοποιούν εικονικές διευθύνσεις μνήμης τις οποίες το ΛΣ φροντίζει να αντιστοιχίσει σε πραγματικές διευθύνσεις

1818


Τεχνικές Διαχείρισης Εικονικής ΜνήμηςΤεχνικές Διαχείρισης Εικονικής ΜνήμηςΜάθημα Μάθημα 9.29.2

Μεταφορά σελίδωνΜε αίτηση

Με πρόβλεψη

Αντικατάσταση σελίδων

Με βάση το χρόνο παραμονής

Με βάση την τελευταία προσπέλαση

Τοποθέτηση σελίδων

Πρώτο ταίριασμα

Χειρότερο ταίριασμα

Καλύτερο ταίριασμα

Education

διαχείριση μνήμης