5 Speicherverwaltung. bs-5.1 1

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1 5 Speicherverwaltung bs-5.1 1

2 Pufferspeicher (cache) realer Speicher Primärspeicher/Arbeitsspeicher (memory) Sekundärspeicher/Hintergrundspeicher (backing store) (Tertiärspeicher/Archivspeicher) versus Adressraum (address space) bs-5.1 2

3 5.1 Elementare Adressraumverwaltung Zur Erinnerung Arbeitsspeicher und Prozessor: Speicheradresse, reale Adresse (memory/physical address) identifiziert Arbeitsspeicherzelle (location) Programmadresse, virtuelle Adresse (program/virtual address) = vom Prozessor formulierbare Adresse Adressraum des Prozessors (processor address space) = Gesamtheit aller möglichen Programmadressen bs-5.1 3

4 5.1.1 Adressumsetzung ist Aufgabe der Hardware: Adressumsetzer (memory management unit, MMU) bildet Programmadressen auf Speicheradressen ab (genauer: auf Bus-Adressen [bedenke memory-mapped I/O!] ) Prozessor 4711 MMU Speicherzugriff Arbeitsspeicher bs-5.1 4

5 MMU für zusammenhängende Speicherbereiche: Basisregister (base register), enthält Basisadresse, Längenregister (length register), enthält Länge. Adressumsetzung für eine Programmadresse address: if address < length then location = base + address else address fault trap Arbeitsspeicher 0 address (Programmadressen) length base location (Speicheradressen) bs-5.1 5

6 Im Mehrprozessbetrieb belegt jeder Prozess einen gewissen Speicherbereich, hat also sein eigenes Paar base, length Attribut Processor status im Prozessdeskriptor (3.1 ): class Processor { PSW psw; // program status word GPR gpr; // general purpose registers int base; // base register int length; // length register... } bs-5.1 6

7 Basisadresse und Länge werden üblicherweise in größeren Einheiten gemessen (z.b. units, blocks, clicks,...) Vereinfachende Voraussetzung (nicht immer gegeben): Block im Speicher entspricht Sektor/Block im Hintergrundspeicher (Platte) bs-5.1 7

8 Adressraum wird auch in anderer Bedeutung gebraucht: aktueller Adressraum des Prozessors = alle aktuell erlaubten Programmadressen, z.b. bei obiger MMU alle address < length Adressraum eines Prozesses = gemäß dem Prozessattribut length alle address < length oder auch = Inhalt der von einem Prozess adressierten Zellen oder auch = Code+Daten, die einmal Inhalt eines Prozess-Adressraums werden können (1.3.3, S.9 ) bs-5.1 8

9 Prozessormodus (processor mode) (Bits im PSW) z.b. user/system oder user/supervisor/kernel oder... bestimmt Zulässigkeit privilegierter Befehle, evtl. Unterbrechungsunterdrückung, aktuellen Adressraum des Prozessors, z.b. im Benutzermodus: Adressumsetzung wie oben, im Systemmodus: Adressumsetzung abgeschaltet (!) oder Adressumsetzung mit anderem Registersatz bs-5.1 9

10 Adressraumwechsel bei Wechsel des Prozessormodus im PSW, d.h. bei Unterbrechung bei IRET/RTI Merke: Eine Unterbrechung führt i.d.r. zu einem neuen Adressraum das muss aber nicht notwendig so sein (BS bestimmt neues PSW!). Beachte: Der neue Adressraum kann sich mit dem alten überlappen oder zu diesem völlig disjunkt sein. bs

11 5.1.2 Adressraumumschaltung Betriebssystem profitiert von der Adressumsetzung: Verschieblichkeit (relocatability) von Prozessen: Programm kann an beliebige Stelle des Speichers geladen werden, ohne dass dabei Adressen im Programm (z.b. Sprungadressen) entsprechend angepasst werden müssten; Prozesse können ohne Modifikation verschoben werden. Speicherschutz (memory protection): Prozess kann weder absichtlich noch unabsichtlich auf andere als die ihm zugeordneten Speicherzellen zugreifen. bs

12 Inhalt der MMU-Register ist Teil des Prozessorstatus und damit auch Teil des Prozessstatus! Betriebssystem ist zuständig für geeignetes Retten und Laden der MMU-Register (vgl ) mit privilegiertem Befehl oder über spezielle Adressen. Unterscheide also zwischen Adressraumumschaltung als Teil der Prozessumschaltung, tatsächlichem Adressraumwechsel (Unterbrechung, RTI). bs

13 5.1.3 Adressraumänderung Prozessattribute base/length : Initialisierung? Änderung?! Muss notwendig von der Speicherverwaltung ausgehen, die über die Arbeitsspeicherbelegung Buch führt ( 5.2) 2 Varianten: Speicherverwaltung greift direkt auf Prozessdeskriptor zu - falls im gleichen Adressraum wie Prozessverwaltung (monolithischer Kern) Speicherverwaltung benutzt entsprechende Operation der Prozessverwaltung - Kernaufruf über Alarm (trap) (Mikrokern) bs

14 Prozessattribute base/length werden gesetzt beim Initialisieren eines Prozesses (fork) length kopieren vom Erzeuger, base gemäß Speicherbelegung Laden eines Programms (exec) length gemäß Angabe in Datei, base gemäß Speicherbelegung Verschieben des Prozesses base gemäß Speicherbelegung Verändern der Adressraumgröße (brk u.ä.) length ändern, eventuell auch base, falls Verschieben erforderlich bs

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