Virtuální paměť

• Cílem: navýšit kapacity operační paměti, abych mohl mít současně spuštěno více procesů.
• Slouží k poskytování více operační paměti aplikacím, než kolik jí je fyzicky instalováno.
• přerušení + časovač (sleduje, jak dlouho proces počítá; proces počítá do přerušení časovače, po té OS předá řízení jinému procesu, atd.)
• V UNIXU jsou úrovně priorit, jsou dynamické:
  • čím déle proces počítá, tím má nižší prioritu; jakmile klesne priorita na minimum, tak se nastaví na maximum,
  • vyšší prioritu získá proces, používá-li V/V zařízení. (interaktivní programy, např. textový editor)
• Obsah celé virtuální paměti si uložím na disk a beru pouze jednotlivé části do operační paměti.
• Jak OP tak VP, je rozdělena na pevné stejně velké prostory, v paměti se nazývají Rámec (Frame) a na disku Stránka (Page).
• Základní velikost stránky (Page) = 4KB
• Do volných rámců se libovolně kopírují jednotlivé stránky.
• Musíme mít způsob, jak najít rámec s hledanou adresou.
• Každý odkaz na paměť obsahuje virtuální adresu:
  • S virtuální adresou pracuje programátor.
  • Virtualizace nám musí
  • Virtuální adresa se skládá ze 2 částí:
    • 12 dolních bitů: adresa na stránce = je stejná jako v reálné adrese
    • nad tím: pořadí stránky na virtuální adrese
  • Tabulka stránek/Tabulka rámců: určuje zda daná stránka je v reálné paměti; adresa, kde na disku je; číslo, ve kterém rámci je načtena
  • Strefili jsme se (hit) = paměť je v reálné adrese.
  • Nestrefili jsme se (miss) = paměť není v reálné adrese, musíme stránku zkopírovat do rámce.
    • Generuje přerušení výpadek stránky (page fault) = program ukazuje na adresu, která není v paměti. (Vnitřní přerušení = procesor generuje sám, dělení nulou, …)
    • Není-li žádný rámec volný, musíme vybrat jeden rámec za “obět”. Musím zkopírovat danou stránku v rámci na adresu na disku. (Lze se vyhnout kopírování stránky zpět, v případě, že jsem stránku nijak nezměnil. = V tabulce se definuje další příznak (bit) “špinavosti”, určuje, zda-li jsem danou stránku upravil.)

Algoritmus výběru oběti

Algoritmus LRU - Least Recently Used

• Výběr nejdéle nepoužívané položky:
  1. Ve VP vybavit každý blok čítačem, který se při:
     • volání daného bloku nuluje
     • volání jiného blok inkrementuje o jedničku
     • V případě potřeby se vyřadí blok s nejvyšší hodnotou
     • Funguje pouze, že mám všechny bloky obsazené. (Špatně se provozuje na obvodové úrovni.)
  2. Pomocí neúplné matice s prvky nad hlavní diagonálou
     • každá prvek je jednobitová paměť
     • při volání bloku i se:
       • jedničkuje i-tý řádek
       • nuluje i-tý sloupec
     • nejdéle nepoužitelné paměťové místo má:
       • v řádku nuly
       • ve sloupci jedničky

vs Segmentace

• Virtualizace paměti = docílení většího prostoru OP pro spouštění aplikací
• Segmentace = (mechanismus), rozdělení segment s kódem (instrukce), segment s daty, segment se zásobníkem; pro každý segment jsme si stanovili určité pravidla, omezení odkud pokud je daný segment

Vyrovnávací (cache) paměť, použití LRU

• Není nutné vždy přepisovat blok z VP zpět do OP.
• Který blok při zaplnění Vp vyhodit? (použití LRU)
• V cache může být nevalidní informace, pokud je do paměti přístup jinou cestou, než přes cache:
  • Napojení OP na VP a na kanál: kanálové procesory = jsem mezi V/V zařízeními a OP
  • V multiprocesorových systémech při sdílení jedné paměti více procesory.