Speicherverwaltung (Swapping und Paging)

Transkript

1 Speicherverwaltung (Swapping und Paging)

2 Rückblick: Segmentierung Feste Einteilung des Speichers in einzelne Segmente 750k 0

3 Rückblick: Segmentierung Feste Einteilung des Speichers in einzelne Segmente Segment 5 Segment 4 Segment 3 750k 700k 650k 600k Segment 2 400k Segment 1 Betriebssystem 100k 0

4 Rückblick: Segmentierung Feste Einteilung des Speichers in einzelne Segmente Segment 5 Prozess C Prozess D Prozess E Segment 4 Prozess F Prozess G Segment 3 750k 700k 650k 600k Prozess H Segment 2 400k Variante 1: Rechenbereite Prozesse gehen in Warteschlange mit kleinstem passenden Segment. Segment 1 Betriebssystem 100k 0

5 Rückblick: Segmentierung Feste Einteilung des Speichers in einzelne Segmente Segment 5 Segment 4 Segment 3 750k 700k 650k 600k Prozess C Segment 2 400k Variante 2: Rechenbereite Prozesse gehen in gemeinsame Warteschlange. Segment 1 Betriebssystem 100k 0

6 Rückblick: Segmentierung Segmentierung ist einfach zu implementieren.

7 Rückblick: Segmentierung Segmentierung ist einfach zu implementieren. Speicherschutz ist einfach umzusetzen.

8 Rückblick: Segmentierung Segmentierung ist einfach zu implementieren. Speicherschutz ist einfach umzusetzen. Prozesse müssen warten, wenn nicht genügend Arbeitsspeicher zur Verfügung steht.

9 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k 0

10 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k 0

11 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k 0

12 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k Prozess C 0

13 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k Prozess C 0

14 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k Prozess C Prozess D 0

15 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k Prozess D Prozess C 0

16 Swapping Idee: Prozesse auf Festspeicher auslagern, wenn Arbeitsspeicher voll ist oder Prozess gerade nicht rechnet. 750k Prozess D Prozess C 0

17 Variabler Speicherbedarf Der Speicherbedarf eines Prozesses kann sich während seiner Laufzeit verändern. 750k 0

18 Variabler Speicherbedarf Der Speicherbedarf eines Prozesses kann sich während seiner Laufzeit verändern. 750k Stack A Daten A (Heap) Freier Platz Programm A 0

19 Variabler Speicherbedarf Der Speicherbedarf eines Prozesses kann sich während seiner Laufzeit verändern. 750k Der Heap bietet Platz für dynamische Variablen. Er wächst von unten nach oben. Der Stack bietet Platz für lokale Variablen und Rücksprungadressen. Er wächst von oben nach unten. Stack A Daten A (Heap) Freier Platz Programm A 0

20 Variabler Speicherbedarf Der Speicherbedarf eines Prozesses kann sich während seiner Laufzeit verändern. 750k Beim Swapping wird der freie Platz nicht mitverschoben! Stack A Daten A (Heap) Freier Platz Programm A 0

21 Variabler Speicherbedarf Der Speicherbedarf eines Prozesses kann sich während seiner Laufzeit verändern. 750k Beim Swapping wird der freie Platz nicht mitverschoben! Stack A Daten A (Heap) Programm A Stack A Daten A (Heap) Programm A 0

22 Probleme beim Swapping Problem 1: Freier Speicher wird beim swappen zwar nicht ausgelagert, belegt aber trotzdem den Platz im Arbeitsspeicher. 750k Stack A Daten A (Heap) Programm A Stack A Daten A (Heap) Programm A 0

23 Probleme beim Swapping Problem 2: Lücken lassen sich beim Swapping nicht füllen, da Prozesse immer zusammenhängend im Speicher abgelegt sind. Prozess C 750k Prozess D 0

24 Probleme beim Swapping Problem 2: Lücken lassen sich beim Swapping nicht füllen, da Prozesse immer zusammenhängend im Speicher abgelegt sind. Prozess C 750k Prozess D 0

25 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Hauptspeicher (RAM) 750k 0

26 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) 750k 0

27 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM)

28 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM)

29 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Größe Seitenrahmen = Größe Seiten

30 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Jeder Seite im virtuellen Speicher kann ein Seitenrahmen im physikalischen Speicher zugeordnet werden.

31 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Der freie Speicherplatz zwischen Stack und Heap belegt auch einige Seiten. Stack B Daten B (Heap) Programm B

32 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Grundidee 1: Freie Seiten müssen nicht im physikalischen Speicher gespeichert werden. Stack B Daten B (Heap) Programm B

33 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Grundidee 1: Freie Seiten müssen nicht im physikalischen Speicher gespeichert werden.

34 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Grundidee 2: Seiten können den Seitenrahmen beliebig zugeordnet werden.

35 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Grundidee 2: Seiten können den Seitenrahmen beliebig zugeordnet werden.

36 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Grundidee 2: Seiten können den Seitenrahmen beliebig zugeordnet werden.

37 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Virtueller Speicher Hauptspeicher (RAM) Grundidee 3: Der freie Speicher der Prozesse kann beliebig vergrößert werden.

38 Virtueller Speicher und Paging Physikalischer Speicher Hauptspeicher (RAM) Virtueller Speicher von Virtueller Speicher von Der virtuelle Speicher kann größer sein als der physikalische Speicher.

39 Pagetable Physikalischer Speicher Hauptspeicher (RAM) Für jeden Prozess wird in einer Tabelle die Zuordnung Seite Seitenrahmen gespeichert. Seite Seitenrahmen

40 Seiten werden on demand in den Arbeitsspeicher geladen. Physikalischer Speicher Paging Virtueller Speicher von Hauptspeicher (RAM) Zugriff auf Seite 0

41 Seiten werden on demand in den Arbeitsspeicher geladen. Physikalischer Speicher Paging Virtueller Speicher von Hauptspeicher (RAM) Zugriff auf Seite 0

42 Seiten werden on demand in den Arbeitsspeicher geladen. Physikalischer Speicher Paging Virtueller Speicher von Hauptspeicher (RAM) Zugriff auf Seite 0 Seite Seitenrahmen 0 x 1 x Seite noch nicht 2 x geladen! 3 x 4 x 5 x

43 Seiten werden on demand in den Arbeitsspeicher geladen. Physikalischer Speicher Paging Virtueller Speicher von Hauptspeicher (RAM) Zugriff auf Seite 0 Seite Seitenrahmen Laden in den Arbeitsspeicher (Page in) x 2 x 3 x 4 x 5 x

44 Und wenn der Speicher voll ist? Physikalischer Speicher Hauptspeicher (RAM)

45 Und wenn der Speicher voll ist? Physikalischer Speicher Hauptspeicher (RAM)

46 Und wenn der Speicher voll ist? Physikalischer Speicher Hauptspeicher (RAM)

47 Und wenn der Speicher voll ist? Physikalischer Speicher Hauptspeicher (RAM) Ein Seitenersetzungsalgorithmus entscheidet, welche Page ersetzt wird.

48 Seitenersetzungsalgorithmen First In First Out (FIFO) Die älteste Seite wird ersetzt. Least recently used (LRU) Die am längsten nicht genutzte Seite wird ersetzt. Least frequently used (LFU) Ein Zähler pro Seite zählt mit, wie häufig auf diese Seite zugegriffen wird. Die Seite mit den wenigsten Zugriffen wird ersetzt.