Übung Praktische Informatik II

Transkript

1 Übung Praktische Informatik II FSS 2009 Benjamin Guthier Lehrstuhl für Praktische Informatik IV Universität Mannheim

2 Heutige große Übung Ankündigung zu nächsten Übungen Fragmentierung Virtueller Speicher Auslagern von Speicherseiten, Seitenersetzungsstrategien Segmentierung

3 Ankündigungen 11. Übungsblatt ist letztes abzugebendes Blatt Nächstes Blatt zur Klausurvorbereitung Musterlösung, aber keine Abgabe / Korrektur Große Übung am Freitag den 29. Mai fällt aus Letzte große Übung wird vorverlegt auf Vorlesungstermin am 4. Juni 15:30 17:00 Uhr, B6 A

4 Fragmentierung Hauptspeicher, Festplatte,... Verursacht durch häufiges Reservieren / Freigeben von Speicher Prozess A Prozess B Prozess A Freier Speicher 2 Prozess C Prozess C Freier Speicher 1 Freier Speicher 1 System hat keinen Einfluss darauf, welcher Prozess wann beendet wird Einziger Einfluss: Wo wird Speicher für nächsten Prozess reserviert?

5 First Fit Starte Prozess D. Reserviere dafür soviel Speicher wie für Prozess A First Fit: Durchsuche Speicher ab Anfang Reserviere ersten Bereich, der genügend groß ist Prozess A Prozess C

6 Next Fit Ähnlich First Fit Beginne Durchsuchen ab Position letzter Reservierung Zuletzt gestarteter Prozess sei C Prozess A Prozess C

7 Best Fit Durchsuche immer gesamten Speicher Reserviere kleinsten Speicherbereich größer als Größe von D Prozess A Prozess C

8 Virtueller Speicher (Paging) Aufteilen des Adressraums in Seiten fester Größe (z.b Bytes) 32-Bit-Speicheradresse zerfällt in 20 Bit für Seitennummer 12 Bit für Offset innerhalb der Seite (2 12 = 4096) Aufteilen des echten Speichers in Seitenrahmen gleicher Größe Oft: Anzahl Seitenrahmen < Anzahl möglicher Seitennummern Je Prozess eine Abbildung der 2 20 Seiten auf beliebige Seitenrahmen Implementierung der Abbildung als Tabelle mit 2 20 Einträgen Ersetzung der Seitennummer durch reale Speicherrahmenadresse Addition des Offsets

9 Virtueller Speicher, Beispiel 32 Bit virtuelle Adressen: 20 Bit Seitennummer, 12 Bit Offset Prozess belegt insgesamt 16kB Speicher (4 Seiten) Seitentabelle hat vier gültige Einträge Seitennummer : Speicheradresse 0x00000 : 0x23FA8000 0x00001 : 0x298D1000 0x00002 : 0x6AC x00003 : 0x0441E000 Code in Prozess: MOV 0x00001ABC, R15 Tatsächlich gelesen wird von Adresse:

10 Virtueller Speicher (2) Prozess weiß nicht, an welcher realen Adresse Daten gespeichert sind Java-Beispiel: Test t = new Test(); System.out.println(t); Ausgabe: Test@64c3c749 Vorteile von virtuellem Speicher Jeder Prozess hat Adressraum von 0 bis Keine externe Fragmentierung Adressierung der vollen 4GB auch bei kleinerer realer Speichergröße Nachteile Adressübersetzung bei jedem Speicherzugriff Neues Problem: Interne Fragmentierung Speicherung von Tabelle mit 2 20 x 4 Bytes für jeden Prozess

11 Verbesserung: zweistufige Seitentabelle Anstatt einer Tabelle mit 2 20 Einträgen: doppelte Indirektion Verzeichnis mit Adressen zu 2 10 Seitentabellen Je Seitentabelle Adressen zu 2 10 Seiten Speicherung von Verzeichnis mit 1024 Einträgen je Prozess 32-Bit-Speicheradresse nun: 10 Bit für Nummer der Seitentabelle (z.b. i) 10 Bit für Seitennummer (k) 12 Bit für Offset Übersetzen einer virtuellen Adresse in reale Adresse: Nachschlagen der Speicheradresse von Tabelle i in Verzeichnis Nachschlagen der Adresse von Seite k in Seitentabelle i Addition von Offset auf reale Seitenadresse

12 Auslagern von Speicherseiten Paging erlaubt Auslagern von Seiten auf langsamere Festplatte Unterschiedliche virtuelle Adressen können sich einen Seitenrahmen teilen Nur eine davon ist real im Speicher, andere auf Festplatte Austausch bei Bedarf Zuordnung zwischen Seiten und Seitenrahmen flexibel dank Seitentabelle Künstliche Vergrößerung des Hauptspeichers

13 Auslagern von Speicherseiten (2) Szenario: Alle Seitenrahmen des Hauptspeichers gefüllt Zugriff auf Speicherseite, die nicht in Hauptspeicher geladen ist Auslagern einer geladenen Seite Laden der benötigten Seite in freien Seitenrahmen Frage: Welche Seite wird verdrängt? => Seitenersetzungsstrategie First In First Out (FIFO) Least Recently Used (LRU) OPT (optimales Verfahren)

14 Auslagern von Speicherseiten (3) Beispiele zu Ersetzungsstrategien immer nach gleichem Schema Seitennummern von 0 bis x Hauptspeicher hat Platz für y Seiten, y<x Folge von Seitenzugriffen: n Zahlen zwischen 0 und x Darstellung in Tabelle mit n Spalten und y+1 Zeilen Jede Spalte repräsentiert einen Zeitpunkt (direkt nach Seitenzugriff) Erste Zeile enthält Seitennummer des Zugriffs Nächsten y Zeilen repräsentieren Speicherinhalt nach Zugriff Im Folgenden: Seitennummern von 0 bis 9 3 Seitenrahmen Zugriffsfolge: 1, 2, 7, 1, 4, 1, 5,

15 Seitenersetzungsstrategie FIFO Ersetze die Seite, die am längsten im Speicher war

16 Seitenersetzungsstrategie LRU Ersetze die Seite, auf die am längsten nicht mehr zugegriffen wurde

17 Seitenersetzungsstrategie OPT Ersetze die Seite, die in Zukunft am längsten nicht mehr benötigt wird Funktioniert nur in der Theorie

18 Segmentierung Aufteilung des Speichers eines Prozesses in m Segmente Zum Speicherschutz Überschneidungsfreiheit bei wachsenden Datenstrukturen Heute meist Segmentierung mit Paging Ein Prozess mit m Segmenten hat m Seitentabellen Dadurch m unabhängige Adressräume Segmentierung als dem Paging übergeordnete Struktur

19 Also euch allen... Ein schönes Wochenende!!! ^_^ T.G.I.F