Gestiunea Memoriei Operaționale

Cap.11. GESTIUNEA MEMORIEI OPERAŢIONALE

11.1. NECESITATEA GESTIUNII MEMORIEI OPERATIVE

Conform legii lui Moore, tehnologiile de fabricaţie a memoriilor pentru sisteme de calcul, mereu mai perfecţionate, conduc la creşterea continuă a performanţelor, în timp ce costul de producţie pe bit scade. Deşi devin tot mai mari, la preţuri din ce în ce mai mici pe bit, memoriile calculatoarelor sunt solicitate de aplicaţii tot mai complexe, cerând spaţii de desfăşurare care depăşesc întotdeauna disponibilităţile. Este recunoscută din practică a fi valabilă o altă regulă empirică, sugerând o creştere în formă pătratică a necesarului de spaţiu de dezvoltare a aplicaţiilor implementabile, faţă de posibilităţile de memorie permise de tehnologiile existente.

Memoria operativă pe semiconductori, acum construită în tehnologie DRAM – Dynamic Random Access Memory din memorii dinamice cu acces aleator, construite economic pe celule de memorie cu un singur element activ, dar care necesită cicluri de reîmprospătare, este un suport pentru păstrarea programelor şi pentru materializarea structurilor de date manipulate de acestea. După unitatea de procesare, memoria operativă, este resursa cea mai importantă a unui sistem de calcul, determinând hotărâtor performanţele de putere de calcul şi de viteză ale acestuia. Un proces, dacă primeşte de la dispecerul de procese o alocare din timpul unităţii de prelucrare, nu se activează decât după ce programul său este încărcat în memoria operaţională, pentru că numai astfel se oferă un timp de acces la cod şi la date comparabil cu necesarul fluxului de prelucrare pe care îl poate susţine unitatea de calcul. Deoarece necesarul de memorie depăşeşte de regulă posibilităţile, exploatarea eficientă a memoriei fizic ataşate impune ca sistemul de operare să se ocupe special de aceasta.

Memoria operativă este încadrată în sistemul de calcul conform ierarhiei de memorii, între locul cu necesarul de viteză cel mai mare, dar şi cu preţ de cost mare (memoria pe registre, memoria cache internă din unitatea de prelucrare, memoria cache externă) şi zona de viteză mai mică, dar cu preţ de cost foarte scăzut, a memoriilor externe remanente, cu acces aleator pe suport de disc magnetic magneto-optic sau numai optic, ori cu acces secvenţial pe bandă magnetică. Dacă zonele de viteză mare sunt reglementate prin soluţii hardware, încadrate tot mai aproape de unitatea de prelucrare, traficul complex de informaţii între memoria operativă şi nivelurile mai lente poate fi reglementat prin programe ale sistemul de operare. În cadrul sistemului de operare, este rolul gestionarului de spaţiu de memorie operativă să se ocupe de rezolvarea problemelor legate de încărcarea programelor înaintea lansării lor în execuţie sau de a le trece în stare de aşteptare. Deoarece microprocesoarele au ataşate în prezent unităţi hardware de gestiune de memorie, MMU – Memory Management Units - impuse de necesarul de viteză al manevrelor cu memoria, gestiunea spaţiului de memorie este o interfaţă intre registrele MMU şi procese.

După tipul MMU, distingem două strategii de gestiune de memorie, cu sau fără paginare, corespunzând exploatării cu memorie virtuală sau cu memorie fizică. Gestiunea fără paginare se poate face

Cele mai simple structuri de calcul – controloarele - sunt dedicate rulării unui singur program, pentru care toate resursele, inclusiv cea de memorie, sunt în întregime alocate. Pentru astfel de cazuri nu este nevoie de nici un fel de gestiune de memorie sau de sistem de operare, unicul program rezidă într-o memorie permanentă ROM – Read Only Memory. Calculatoarele monoprogram, care pot rula mai multe programe, dar numai câte unul pe rând, succesiv, alocă toate resursele de calcul, de memorie şi de intrare / ieşire numai procesului curent, astfel că sistemul de operare se ocupă numai de probleme de comutare a resurselor şi de gestiune a fişierelor. Sistemele de operare de acest tip, ISIS II, CP-M, MSDOS – Microsoft Disc Operating System – au echipat primele microcalculatoare şi calculatoare personale. Numai modul de operare în multiprogramare solicită în mod real un sistem de gestiune a memoriei. Multiprogramarea s-a implementat iniţial prin alocarea de repartiţii de zone de memorie pentru fiecare proces, distribuite înainte de lansarea în execuţie a fiecărui proces.

Definirea procedeelor de swapping (transfer al proceselor între discul magnetic şi memoria principală) şi paging.

Obiect de activitate al managementului de memorie :

--contabilizează zonele ocupate / libere;

--aloca memoria pentru procese;

--dealoca memoria de care procesele nu au nevoie;

--face transferul proceselor intre memoria principala si hard disk;

Capitole tratate:

1.Management de memorie fara swapping (transfer al proceselor intre hard disk si memoria principala) sau paging.

2.Swapping.

3.Memorie virtuală.

4.Algoritmi de înlocuire a paginilor.

5.Proiectare de sisteme paginate.

11.2. MANAGEMENT DE MEMORIE FĂRĂ SWAPPING

În primele calculatoare, aplicaţiile au funcţionat cu memorii principale reduse, fără memorii pe suport extern. În această cea mai simplă formă de organizare a activităţii de alocare a memoriei, pur si simplu nu se prevăd schimburi cu suporturi de memorie externe si se limitează drastic dimensiunile unicului proces găzduit. O astfel de gestiune minimă ar fi posibilă numai într-o situaţie ideală, în care memoriile ar avea un preţ de cost neglijabil şi pot fi ataşate în volum nelimitat, când chiar şi programele mari pot rula în spaţiul imediat accesibil procesorului, la viteza maximă a acestuia. În acest caz nu mai sunt necesare treceri ale informaţiilor spre memoria externă, care pur şi simplu nu mai este necesară şi nu mai există. Gestiunea memoriei mu mai este necesară.

In varianta de monoprogramare, întreaga memorie este împărţită între sistemul de operare şi singurul program utilizator, lansat de operator de la un terminal. Sistemul de operare încarcă programul alegându-l din setul de programe rezidente pe disc, îl executa si apoi reda comanda operatorului.