Spr ava hlavn pam eti
PB152 Operacn systemy
Jan Staudek
http://www..muni.cz/usr/staudek/vyuka/
Û¡¢£¤¥¦§¨ª«¬­Æ°±²³´µ·¸¹º»¼½¾¿Ý
Verze: jaro 2017
Osnova prednasky
2 Obecne principy spravy hlavn pameti
2 strankovan, paging hlavn pameti,
2 segmentovan, segmentation hlavn pameti
2 strankovane segmentovan hlavn pameti
2 strankovan (segmentovan) hlavn pameti na zadost,
demand paging/segmentation,
Pokud nerekneme jinak, pak pri v ykladu spr avy hlavn pam eti a virtualizaci pam eti,
tj. pam eti prmo dostupn e z CPU, pouzv ame termny pam et' a hlavn pam eti alternativn e
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 1
Pozadavky na spravu pameti
Roli dlouhodobe pameti programu a dat pln
energeticky nezavisla vnejs pamet' (disky, ...)
Program rdic beh procesu a zpracovavana data mus byt umsteny
v (energeticky zavisle) hlavn (operacn, vnitrn) pameti,
kazde metode a promenne mus byt pridelena adresa v teto pameti
Nekdo mus urcit kde v hlavn pameti budou program a data umsteny
Proces netus kde v hlavn pameti bude umsten jeho program,
dynamicky vytvarena data data mohou byt v hlavn pameti kdekoliv,
nekdo mus svazat instrukce a data s konkretnmi adresami pameti,
address binding
,,Nekdo" v multitaskingovych systemech = sprava hlavn pameti
Sprava hlavn pameti mus zajistit, aby sdlen hlavn pameti procesy
bylo transparentn a efektivn a pritom bezpecne
Sprava hlavn pameti je predmetem cinnosti OS,
nelze ji nechat na aplikacnm programovan,
vykon jejich funkc, by byl neefektivn spse vsak skodlivy
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 2
Adresovy prostor, AP
2 genericke chapan { vymezen adres clovych objektu
AP telefonnho seznamu je interval csel 0 { 999999999
AP nemus byt nutne numericky,
Internetove domeny jsou rovnez adresovym prostorem
2 Adresovy prostor instrukc interpretovanych CPU je skala
adres bunek hlavn pameti, fyzicky adresovy prostor
2 V hlavn pameti kooexistuje OS a (spousta) procesu
2 Procesy jsou rzeny programy a v idealnm prpade se kazdy
proces vc. OS realizuje ve svem vlastnm AP, v AP procesu
2 Clove resen v soudobych poctacch
umoznit kazde entite typu proces (OS) pouzvat svuj vlastn AP procesu
implementovany jako abstrakce
fyzickeho adresoveho prostoru poctace { logicky adresovy prostor
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 3
Logicky / Fyzicky adresovy prostor, LAP / FAP
2 Logicky adresovy prostor, LAP, mnohdy take receny
virtualn adresovy prostor
je vymezeny srkou a formou adresy v instrukci ve strojovem jazyku,
adresa v LAP { logicka adresa, take virtualn adresa
kapacita a struktura LAP je dana
bitovou srkou a strukturou adresy v instrukci
muze byt jednodimenzionaln nebo dvoudimenzionaln
2 Fyzicky adresovy prostor, FAP, resp. realny adresovy prostor
je dan skalou adres hlavn pamet, je linearn, jednodimenzionaln
adresa ve FAP { fyzicka adresa, take realna adresa
kapacita FAP je dana bitovou srkou adresove sbernice hlavn pameti,
resp. bitovou srkou registru adresy hlavn pameti
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 4
||||||||||||||||||||||||
Vazan LAP na FAP
2 vazan LAP na FAP,
resp. vazan instrukc a dat na adresy hlavn pameti,
je bazovy koncept spravy pameti
pri vazan LAP{FAP v dobe kompilace
{ LAP a FAP se shoduj (velikost, strukturou)
{ abstrakce AP se neuplatnuje,
{ presna konkretn umsten se mus znat a priori
pri vazan LAP{FAP v dobe zavaden
{ LAP a FAP se shoduj (velikost, strukturou)
{ abstrakce AP se neuplatnuje,
{ aplikuje se relativn adresovan (baze + oset)
pri vazan LAP{FAP v dobe behu procesu
{ LAP a FAP mohou mt rozdlne delky a/nebo i struktury
{ uplatnuje se abstrakce AP, vc. virtualizace pameti
{ aplikace DLL (Dynamic Linking Library) modulu, sdlene knihovny
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 5
Zavaden, sestavovan
2 Prvn krok vytvaren aktivnho procesu
zaveden programu a inicialnch dat do hlavn pameti a
vytvoren obrazu procesu v PCB
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 6
Typicky scenar zavaden a sestavovan
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 7
Studovany model spravy pameti
2 Predmetem studia jsou operacn systemy
multitaskingovych systemu,
ve kterych se vazan LAP{FAP res v dobe behu procesu
Program (posleze rdic proces) je ulozeny na vnejs pameti
a je vypracovany pro AP procesu
Do hlavn pameti jej OS (prpadne po castech) zavad dynamicky,
v hlavn pameti je stale zobrazeny v AP procesu a tento AP proces
je mapovany do FAP az pri interpretaci jeho instrukc v CPU
2 Vazan LAP{FAP v dobe tvorby programu, prekladu,
zavaden, ... je typicke pro vestavene poctace apod.
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 8
Pozadavky na spravu pameti
2 Moznost relokace programu (premst'ovan v hlavn pameti)
programator nemuze vedet, ve ktere casti hlavn pameti bude
bude jeho program umsteny
pri vymenach cast programu procesu mezi hlavn a vnejs pamet
(swapping) muze byt temto castem dynamicky pridelena jina oblast
FAP, nez kterou opustily
swapping umoznuje OS udrzovat velky bank pripravenych procesu
odkazy na pamet'ova msta v instrukci interpretovane CPU
mus odrazet okamzite skutecne adresy operandu v hlavn pameti
(ve FAP)
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 9
Adresovan v ramci procesu mus umoznit relokaci
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 10
Vazan LAP na FAP pri kompilaci { staticky
2 Abstrakce AP se nepouzva, LAP ≡ F AP
2 umsten programu ve FAP je zname a priori
(pred prekladem)
2 kompilator generuje absolutn program prmo pro FAP
2 obraz programu ve FAP { absolutn zavadeny modul
2 absolutn zavadeny modul zavad do pameti absolutn zavadec
2 pri zmene umsten programu ve FAP se mus preklad
opakovat
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 11
Vazan LAP na FAP pri sestavovan / zavaden { staticky
2 Abstrakce AP se nepouzva, LAP ≡ F AP
2 umsten programu ve FAP je zname pri sestavovan /
zavaden programu
2 prekladac generuje sestavovatelny modul (object module),
jehoz clovym adresovym prostorem je LAP
2 sestavovac, linkage editor, generuje doplnuje do nej knihovn
moduly a vytvar zavadeny modul (load module)
2 zavadeny modul muze byt absolutn nebo premstitelny
absolutn modul { obraz FAP, zavad ho absolutn zavadec
premstitelny modul { obsahuje identikace umsten dat zavislych na
umsten ve FAP, zavad ho premst'ujc zavadec zajist'ujc
zobrazovan LAP na FAP
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 12
Vazan LAP na FAP pri behu { dynamicka relokace
2 clovym prostorem programovan a sestaven je LAP
2 program se zavede do FAP ve tvaru pripravenem pro LAP
2 vazan adres LAP na adresy FAP se odklada na dobu behu {
pri interpretaci instrukce
2 proces muze menit svoji polohu ve FAP mezi ruznymi fazemi
behu
2 mus byt tudz dostupna hardwarova podpora {
Memory Management Unit, MMU nebo
Dynamic Address Translation, DAT
2 nejjednoduss formou MMU je relokacn / bazovy registr,
viz dale
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 13
Vazan LAP na FAP pri behu { dynamicka relokace
2 prace s relokacnm registrem
pocatecne se nastav hodnotou doln adresy oblasti ve FAP
pridelene procesu
jeho obsah CPU pripoctava k adresam v interpretovanych instrukc
v okamziku, kdy je tato adresa pouzvana jako ukazatel
do hlavn pameti
relokacn registr je privilegovany, pro nahran je dostupny pouze OS
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 14
Pridelovan souvislych oblast, mezn registr
2 hlavn pamet' (FAP) se typicky del do dvou typu oblast
oblast pro rezidentn cast OS, obvykle na pocatku FAP
1, 2, ...oblast pro uzivatelske procesy
2 pridelovan oblast procesum
pro ochranu procesu uzivatelu mezi sebou a OS lze pouzt schema
s relokacnm a meznm registrem
relokacn registr { nejnizs (bazova) adresa oblast ve FAP
bud'to mezn registr udava posledn adresu LAP pouzitou v procesu
{ logicka adresa pouzita v procesu mus byt < obsah meznho registru
nebo mezn registr udava posledn adresu FAP
v oblasti FAP pridelene procesu
{ fyzicka adresa pouzita v procesu mus byt < obsah meznho registru
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 15
Pridelovan souvislych oblast, mezn registr pro LAP
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 16
Dynamicke zavaden, Dynamic Loading
2 (pod)program { routine { se zavad az je vyvolan
na disku se uchovava jako premstitelny zavadeny modul
volajc pogram nejprve prover, zda volany program je/ma byt
zavedeny
a prpadne ho zavad a koriguje stav zavedenych programu
2 dosahuje se lepsho vyuzit prostoru ve FAP
nevolane moduly se nikdy nezavad
2 uzitecna technika v prpadech, kdy se mus velkymi
programovymi moduly rdit rdce se vyskytujc alternativy
2 Navrh programu nepozaduje zadnou specialn podporu od
operacnho systemu
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 17
Dynamicke sestavovan, Dynamic Linking Library, DLL
2 staticke sestavovan { jednorazova cinnost sestavovace
2 dynamicke sestavovan { (pod)program { routine {
se sestavuje (a zavad) az je vyvolan
2 pro indikaci kde lez prslusny knihovn program
v hlavn pameti, resp. jak ho zavest,
pokud jeste zavedeny nen, se pouzva maly program {
stub (madlo, pahyl, parez, zbytek, ...)
2 Stub pri zskan rzen nahrad sam sebe volanm
(pod)programu { routine { a preda mu rzen (provede ho)
2 prste se uz volany podprogram vola prmo
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 18
Pozadavky na spravu pameti
2 Nutnost ochrany
procesy nesm byt schopne se bez povolen odkazovat
na pamet'ova msta FAP pridelena jinym procesum nebo OS
moznost relokace vyzaduje, aby se adresy kontrolovaly
pri behu procesu hardwarem CPU
2 Moznost sdlen
vce procesu muze rzene sdlet spolecnou cast FAP,
aniz by se tm porusovala ochrana pameti
{ sdleny prstup ke spolecne datove strukture je leps resen,
nez udrzovan konzistence jejch nasobnych kopi
vlastnenych jednotlivymi procesy
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 19
Pozadavky na spravu pameti
2 Moznost logicka organizace struktur programu
uzivatele tvor programy jako moduly se vzajemne odlisnymi
vlastnostmi
{ moduly s instrukcemi jsou mnohdy execute-only
{ datove moduly jsou bud'to read-only nebo read/write
{ nektere moduly jsou privatn (private) jine jsou verejne (public)
OS a HW mus podporovat praci s moduly tak,
aby se dosahla pozadovana uroven ochrany a sdlen
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 20
Zakladn techniky spravy pameti
2 historicke techniky pridelovan pameti procesum
souvisle oblasti ve FAP pro beh procesu (Partitioning)
formy { xn oblasti staticke delky, trp vnitrn fragmentac
{ promenne oblasti dynamicky urcovane delky, trp vnejs fragmentac
vnejs fragmentace { v pameti je dostatecne velky neobsazeny prostor
rozdelenych do vce volnych oblast a
zadna z nich nen schopna uspokojit pozadavek na pridelen pameti
vnitrn fragmentace { proces nevyuzva cely prideleny adresovy prostor
vesmes pouzvaj pro zobrazovan LAP → F AP
dynamickou relokaci bazovym registrem
v soucasnosti se uzvaj ve specializovanych OS, typicky v RT-OS,
zadna podpora virtualizace pameti
pro zvysen efektivity (stupne multiprogramovan) vesmes umoznuj
obsah alokovanych oblast presouvat mezi hlavn a vnejs pamet {
vymeny (swapping)
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 21
Multiprogramovan s vce pevnymi souvislymi oblastmi FAP
2 obvykle davkove systemy, dnes uz vesmes historie
2 FAP sdl OS a n procesu
2 pro vazbu LAP-FAP se typicky pouzije relokace vyuzvajc
bazovy registr (+ mezn registr)
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 22
Multiprogramovan s dynamickymi souvislymi oblastmi FAP
2 Oblasti se vytvar a zanikaj tak jak vznikaj a zanikaj procesy
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 23
Pridelovan souvislych oblast promenne delky
2 problem
dynamicky vznikaj useky dostupne pameti roztrousene po FAP
procesu se prideluje oblast v useku volne pameti ve FAP,
ktery jeho pozadavek uspokoj
evidenci o pridelenych a volnych useku udrzuje OS
2 Kde pridelit oblast dane delky, kdyz je volna pamet'
rozmstena ve vce souvislych nesousednch usecch?
First-t { v prvnm dostatecne dlouhem useku volne pameti
Best-t { v nejmensm dostatecne dlouhem useku volne pameti,
vznikaj se velmi male (nejmens mozne) volne useky volne pameti
Worst-t { v nejvetsm useku volne pameti,
ponechavaj se nejvets volne useky volne pameti
Z hlediska rychlosti a kvality vyuzit pametu jsou First-fit a Best-fit
leps techniky nez technika Worst-fit
nejcasteji se pouzva First-fit
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 24
Pridelovan souvislych oblast promenne delky
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 25
Zlo fragmentace
2 Vnejs fragmentace
souhrn volne, tj. neobsazene, pameti ve FAP je dostatecny,
nikoli v dostatecne velkem souvislem useku
pro zavadenou cast programu
2 Vnitrn fragmentace
Oblasti pameti FAP se prideluj po usecch, jejichz delka je vets
nez pozadovana velikost pro zavadenou cast programu
Prebytek v pridelene oblasti FAP je nevyuzitelna cast pameti
2 snizovan vnejs fragmentace setrasanm
presouvaj se obsahy obsazenych oblast
s clem vytvorit (jeden) velky usek volne pameti
pouzitelne jen kdyz je mozna dynamicka relokace (viz MMU)
provad se v dobe behu {
problem I/O { s vyrovnavacmi pametmi plnenymi z periferi,
autonomne nelze hybat, umst'uj se proto do prostoru OS
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 26
Zakladn techniky spravy pameti
2 historicke techniky pridelovan pameti procesum
dals mozne formy { strankovan/segmentovan
(paging/segmenting)
{ rozptylovan dlcch oblast LAP po FAP po castech
(stranky/segmenty) do nesousednch oblast FAP,
minimalizace vnejs fragmentace (strankovan) a/nebo
vnitrn fragmentaci (segmentace), detatily pozdeji
2 soudobe techniky pridelovan pameti procesum
strankovan/segmentovan na zadost
(demand paging/segmenting), tj. virtualizace pameti,
{ rozptylovan oblast LAP po FAP po castech
(stranky/segmenty) do nesousednch oblast FAP
{ zavadeni LAP do FAP po castech, na zadost procesu,
z obrazu LAP procesu uchovavaneho ve vnejs pameti
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 27
Zakladn techniky spravy pameti, prehled
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 28
Zakladn techniky spravy pameti, prehled
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 29
Vymeny, Swapping
2 Obsah oblasti FAP pridelene procesu je vymenovany mezi
vnitrn a vnejs pamet obema smery
2 Roll out, roll in
vypis na disk , nacten z disku
2 Proces nemus byt pridelena pri navratu do hlavn pameti
tataz oblast, kterou uvolnil
2 mnohdy pouzvane pri prioritnm planovan procesu
2 Majoritn doba vymen je doba prenosu obsahu oblasti
2 Princip pouzvany mnoha OS ve verzch nepodporujcch
virtualizaci pameti { v prehistorii: UNIX, Linux, Window
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 30
Vymeny, Swapping, ve FAP jediny aplikacn program
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 31
Strankovan, preklad logicke adresy na fyzickou adresu
2 Preklad
logicka adresa (adresa LAP) → fyzicka adresa (adresa FAP)
se realizuje tabulkou PT, Page Table, tabulka stranek
2 idea:
2 kazdy proces ma svoji PT (soucast PCB),
obsah PT nastavuje OS
2 obsah PT interpretuje MMU
pri interpretaci instrukce procesorem
umsten PT v hlavn pameti mikroprogram CPU zna
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 32
Strankovan, preklad logicke adresy na fyzickou adresu
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 33
Strankovan, prklad 1
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 34
Strankovan, prklad 2, dynamicke obsazovan FAP
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 35
Segmentovan
2 prostor ve FAP se prideluje po oblastech promenne delky
2 LAP se del do dvou dimenz { na oblasti zvane segmenty,
je denovany max pocet segmentu a max delka segmentu
2 segmentum se prideluj oblasti ve FAP
2 protoze skutecna delka segmentu muze byt mens nez jeho
maximaln delka,
ke kazdemu segmentu se uvad jeho skutecna delka
2 OS si udrzuje seznam volnych oblast ve FAP a CPU pomoc
tabulky segmentu v, ve kterem oblasti je umsteny ten
ktery segment
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 36
Segmentovan
2 porad pridelenych oblast ve FAP nesouvis s poradm
segmentu v LAP,
pro programatora je alokace segmentu do FAP
transparentnm rysem poctace
2 Ucel jednotlivych segmentu LAP muze byt dany
jednak architekturou poctace a
jednak rozhodnutm programatora
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 37
Logicka adresa v oblastech, pri strankovan a pri segmentaci
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 38
Preklad logicke adresy na fyzickou adresu, strankovan
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 39
Preklad logicke adresy na fyzickou adresu, segmentace
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 40
Implementace tabulky stranek
2 je ulozena v hlavn pameti
2 je odkazovana registrem PTBR (Page-table base register)
2 zprstupnen udaje/instrukce v hlavn pameti vyzaduje dva
prstupy do hlavn pameti
jednou do tabulky stranek
jednou pro operand
2 problem snzen efektivnosti dvojm prstupem lze resit
specialn rychlou hardwarovou cache pamet
asociativn pamet',Translation Look-aside Buffers (TLB)
obsah: k dvojic {p, f} pouzitych v nejblizs historii behu
preklad p → f :
{ jestlize se p nachaz v TLB zskava se hodnota f z TLB
{ v opacnem prpade se f zskava z PT
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 41
Strankovan, Translation Look-aside Buers, TLB
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 42
TLB, Skutecna doba prstupu do vnitrn pameti
2 EAT, (Effective Access Time)
2 zprstupnen TLB = ε casovych jednotek
2 doba prstupu hlavn pameti = t µs
2 Hit ratio { α
pravdepodobnost, ze se cslo stranky nalezne v TLB
2 EATs T LB = (T LB+operand)α+(T LB+P T +operand)(1–α)
2 EATs T LB = (ε + t)α + (2t + ε)(1–α) = (2–α)t + ε
2 EATjen P T = 2t, pro t = 100 ns → EATjen P T = 200 ns
2 ε = 20 ns, α = 80% (0, 8), t = 100 ns →
EATs T LB = 120 × 0.8 + 220 × 0, 2 = 140 ns
2 ε = 20 ns, α = 98% (0, 98), t = 100 ns →
EATs T LB = 120 × 0.98 + 220 × 0, 02 = 122 ns
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 43
2-urovnove strankovan (Pentium)
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 44
2-urovnove strankovan (Pentium)
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 45
Vce-urovnove strankovan, vykon
2 Pentium, 32 b architektura { 2 urovne
2 Sparc, 32 b architektura { 3 urovne
2 Motorola (68030), 32 b atrchitektura { 4 urovne
2 pro 64 b architekturu je 2-urovnove schema nepostacujc
{ UltraSparc, 64 b architektura { az 7 urovn { neunosne
2 Kazda uroven je uchovavana v pameti v samostatne tabulce,
takze zobrazen logicke adresy na fyzickou muze
spotrebovavat mnoho prstupu do vnitrn pameti
mozne resen: viz dale { hasovana invertovana PT
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 46
Invertovana PT
napr. AS400 (IBM), UltraSPARC, PowerPC, IA-64
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 47
Hasovana PT
Microsoft SQL Server 2000 (64-bit): Intel Itanium Processor
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 48
Porovnan technik implementace PT
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 49
Sdlen stranek
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 50
Vytvoren procesu stylem Copy on Write
2 Nove vytvareny proces pozaduje vytvoren noveho prostred
behu
2 Tradicn forma vytvoren procesu unixoveho typu
sluzba OS fork vytvor nove prostred behu kopi prostred
zadajcho procesu + sdelen novemu procesu,
ze je potomkem vytvarejcho procesu
sluzba exec umozn volajcmu procesu denovat
novy program rdic proces kopi z udaneho souboru
2 Vytvoren procesu zpusobem Copy on Write
inicialne novy proces sdl stranky s puvodnm procesem
pri zapisu do stranky novym procesem se vytvor pro novy proces
samostatna kopie modikovane stranky
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 51
Vytvoren procesu zpusobem Copy on Write
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 52
Segmentovan
2 Podpora uzivatelskeho pohledu na LAP
2 program je kolekce (lienarnch, samostatnych) segmentu
(modulu)
2 kazdy segment ma programatorem prisouzenou roli
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 53
Segmentovan
2 FAP ma 1-dimensionaln charakter, je linearn
2 LAP ma 2-dimensionaln charakter
Logicka adresa = dvojice {segment-number s, offset d}
2 Transformace LAP → FAP se res dynamicky urcovanym
bazovym registrem pomoc tabulky segmentu,
Segment Table, ST
2 polozka ST
base { pocatecn adresa umsten segmentu ve FAP
limit { skutecna delka segmentu
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 54
Segmentovan, preklad logicke adresy na fyzickou adresu
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 55
Sdlen segmentu
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 56
Segmentovan se strankovanm, strankovan segmentu
2 resen problemu vnejs fragmentace segmentovan
strankovanm segmentu
2 resen problemu velikosti PT ve FAP
ve vnitrn pameti se uchovavaj PT pouze zavedenych segmentu
2 ST obsahuje adresu PT segmentu, ne bazi segmentu
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 57
Segmentovan se strankovanm, INTEL/PENTIUM
2 FAP: 32 bitu adresa, | F AP |= 4 GB
2 linearn nestrankovany LAP { radice, vestavene poctace, ...
32 bitu adresa, |LAP |= 4 GB, LAP →F AP : identita;
2 linearn strankovany LAP { puvodn Unixy
32 bitu adresa, |LAP |= 4 GB,
LAP →F AP : 2-urovnove strankovan, 4 KB stranka
1024 4 MB oblast stranek { 1024 PT, kazda PT pro 1024 stranek
2 segmentovany strankovany LAP { Windows
32 bitu adresa v segmentu, |segment|= 4 GB,
16 K segmentu, |LAP |= 16 K x 4 GB = 64 TB,
LAP →F AP : segmentovan (vyber z LAP) +
2-urovnove strankovan segmentu (zobrazovan LAP do FAP)
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 58
Segmentovan se strankovanm, INTEL/PENTIUM
2 LAP = 16K 4GB-segmentu
2 dva logicke podprostory LAP, TI = 0 / 1
8 K segmentu pro proces
8 K segmentu sdlenych (OS, ...)
2 ochrana segmentu, RPL (Requested Privilege Level)
klasikace / opravnen
0 { sprava pameti, bazova bezpecnost
1 { zbytek OS
2 { aplikacn bezpecnost
3 { aplikace
read / write omezen na urovni stranek (v PT)
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 59
Segmentovan se strankovanm, princip
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 60
Segmentovan se strankovanm, INTEL/PENTIUM
Jan Staudek, FI MU Brno | PB152 Operacn syst emy { Spr ava hlavn pam eti 61