Metody správy paměti pomocí jedné souvislé oblasti a pomocí sekcí

Metody správy paměti pomocí jedné souvislé oblasti a pomocí sekcí. Pojmy vnitřní a vnější fragmentace paměti.

Mluvíme-li o správě paměti, máme na mysli operační paměť, tedy paměť využívanou procesorem při zpracování instrukcí a dat.

Modul správy paměti má na starost:

• sledování stavu každého místa operační paměti
• určování strategie přidělování paměti
• přidělování paměti úlohám
• uvolňování paměti od ukončených úloh
• správa virtuální paměti

Přidělování jedné souvislé sekce paměti

Jedná se o nejstarší, ale stále používanou metodu přidělování paměti. Stejně jako u všech dalších metod zde obdrží svou část paměti OS. Zbytek paměti se buď celý, nebo jeho část přidělí právě běžící úloze. Operační systém má tedy na starost jen přidělení paměti úloze, kontrolu, zda úloha nezasahuje do paměti OS a uvolnění paměti po dokončení úlohy.

Je zřejmé, že tato metoda nemůže být použita v systémech vyžadujících multitasking (paměť může být přidělena vždy jen jedné úloze a nebylo by možné mezi úlohami přepínat). Uplatnění však nachází u jednoduchých mikrokontrolérů (používaných např. k jednoduchému řízení spotřebičů), u kterých je vždy vykonávána najednou jen jedna úloha, jako např. ATmega328 (Arduino UNO).

obr. 1: Přidělování jedné souvislé sekce paměti
zdroj: PECH, Jiří. Operační systémy 1 - Přidělování paměti. České Budějovice.

Výhody

• jednoduchost řešení
• rychlost
• moznost pracovat i s malou pamětí

Nevýhody

• není využita celá paměť
• když úloha čeká, není využita ani paměť ani procesor
• úlohu nelze vykonat, požaduje-li více paměti, než je k dispozici (neexistuje zde virtuální paměť)

Přidělování paměti po sekcích

Problém absence multitaskingu u předešlé metody se snaží řešit přidělování paměti po sekcích. Zde je paměť rozdělena do sekcí a každá z nich náleží jedné úloze. Tyto sekce mohou být:

• všechny stejně velké - statické přidělování
• různě velké (podle potřeb úlohy) - dynamické přidělování

Operační systém tedy musí krom výše zmíněných úkolů ještě kontrolovat, odkud kam sahá přidělený prostor úloh (při dalším přidělování) a hlídat, aby si úlohy neovlivňovaly přidělený prostor navzájem.

Tato metoda pochází z 80. let a dnes se v praxi nevyužívá.

obr. 2: Přidělování paměti po sekcích
zdroj: PECH, Jiří. Operační systémy 1 - Přidělování paměti. České Budějovice.

Výhody

• umožňuje multitasking
• jednoduchá implementace

Nevýhody

• z pohledu výkonu poměrně náročná
• stále zde neexistuje virtuální paměť)
• dochází navíc k vnitřní a vnější fragmentaci

Vnitřní fragmentace

K vnitřní fragmentaci dochází uvnitř alokované oblasti paměti. U statické alokace k ní dochází proto, že každá úloha obdrží stejně velký blok, bez ohledu na to, jestli tolik paměti skutečně potřebuje. U dynamické alokace je důvodem to, že úlohy mají tendenci žádat pro jistotu o větší množství paměti, než reálně potřebují (u přidělování paměti po sekcích totiž není možnost dodatečně přidělit více paměti).

obr. 3: Vnitřní fragmentace
zdroj: PECH, Jiří. Operační systémy 1 - Přidělování paměti. České Budějovice.

Vnější fragmentace

K vnější fragmentaci dochází mimo alokovanou oblast paměti. Spočívá v tom, že ač se zdá, že je v systému dostatek paměti pro přidělení nové úloze, správce paměti ji není schopen přidělit, protože tato paměť je rozdělena na více místech a alokace pro novou úlohu se nevejde do žádného z nich.

Nastává, pokud na více místech dojde k uvolnění oblasti paměti (při ukončení úlohy), která se nachází mezi dvěma jinými alokovanými bloky. Řešením je využití metody stránkování (případně dynamické přemisťování sekcí, to je ale technicky a hlavně časově náročné a a také nebezpečné - jsou-li úlohy špatně naprogramovány, mohou se po přemístění snažit přistupovat k paměti na původním místě).

obr. 4: Vnější fragmentace
zdroj: PECH, Jiří. Operační systémy 1 - Přidělování paměti. České Budějovice.

Zdroje

• PECH, Jiří. Operační systémy 1 - Přidělování paměti. České Budějovice.