Управление памятью. Память представляет собой важный ресурс, требующий тщательного управления

Память представляет собой важный ресурс, требующий тщательного управления. Несмотря на то, что сегодня память среднего домашнего ПК в тысячи раз превышает ресурсы IBM 7094 — машины, бывшей в начале 60-х годов самой мощной в мире, – программы все равно увеличиваются в размере быстрее, чем память.

Память в компьютерах имеет иерархическую структуру. Небольшая ее часть представляет собой очень быструю, дорогую, энергозависимую (теряющую информацию при выключении питания) кэш-память. Компьютеры обладают также десятками мегабайт среднескоростной, имеющей среднюю цену, энергозависимой оперативной памяти ОЗУ (RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) и десятками или сотнями гигабайт медленного, дешевого, энергонезависимого пространства на жестком диске. Одной из задач ОС является координация использования всех этих составляющих памяти.

Часть операционной системы, отвечающая за управление памятью, называется модулем управления памятью или менеджером памяти. Менеджерследит за тем, какая часть памяти используется в данный момент, выделяет память процессам и по их завершении освобождает ресурсы, управляет обменом данных между ОЗУ и диском.

Системы управления памятью делят на два класса. К первому классу относятся системы, перемещающие процессы между оперативной памятью и диском во время их выполнение, то есть осуществляющие подкачку процессов целиком (swapping) или постранично (paging). Ко второму – те, которые этого не делают. Второй класс систем проще. При этом следует помнить, что обычный и постраничный варианты подкачки являются искусственными процессами, вызванными отсутствием достаточного количества оперативной памяти для одновременного хранения всех программ. Если когда-нибудь ОЗУ настолько увеличится в размерах, что ее будет достаточно, принцип подкачки может стать устаревшим. С другой стороны, поскольку ПО растет еще быстрее, чем память, то вполне возможно, что потребность в эффективном управлении памятью будет существовать всегда. В 80-е годы использовали системы разделения времени для работы десятков пользователей на машинах VAX с объемом памяти 4 Мбайт. Сейчас рекомендуется для индивидуальной работы в системе Windows 2000 устанавливать на компьютер не менее 64 Мбайт оперативной памяти. Дальнейшее развитие в сторону мультимедийных систем накладывает еще большие требования на размер оперативной памяти.

Самая простая схема управления памятью – однозадачная система без подкачки на диск –заключается в том, что в каждый момент времени работает только одна программа, и память разделяется между программами и операционной системой. Когда система организована таким образом, в каждый конкретный момент времени может работать только один процесс. Как только пользователь набирает команду, ОС копирует запрашиваемую программу с диска в память и выполняет ее, а после окончания процесса выводит на экран символ приглашения и ждет новой команды. Получив команду, она загружает новую программу в память, записывая ее поверх предыдущей. Так работают компьютеры с операционной системой MS-DOS.