Operating Systems

Memory Management

Ahmad Yoosofan

University of Kashan

بخش‌بندی ثابت حافظه

تخصیص حافظه به فرآیندها در حالت بخش‌بندی ثابت حافظه

مشکلات بخش‌بندی ثابت

انعطاف بسیار پایین
محدودیت زیاد برای اندازهٔ فرایند در حالی که فضای حافظه خالی است.
تکه تکه شدن یا پراکندی داخلی internal fragmentation
هدر رفت حافظه
- بخشی از حافظه که به فرایند داده شده است فقط برای آن فرایند است.
- یعنی اگر بخشی از آن را فرایند به کار نبرد هدر رفته است.

تکه تکه شدن (پراکندگی) داخلی حافظه

Internal Memory Fragmentation

https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-internal-and-external-fragmentation/

بخش‌بندی پویای حافظه

حافظهٔ فرآیندها در سیستم عامل CTSS

اثر به کارگیری حافظهٔ پویا

Process Control Block (PCB)

چگونگی کارکرد پیوند زدن تابع‌ها از پرونده‌های گوناگون

Queue

برگزیدن فضای آزاد برای فرآیند تازه وارد

اولین برازش(First Fit)
بهترین برازش(Best Fit)
بدترین برازش(Worst Fit)
درپی برازش (برازش بعدی Next Fit)

تکه تکه شدن (پراکندگی یا پارگی) خارجی

External Fragmentation

Compaction

حافظهٔ پویای رفاقتی Buddy system

الگوریتم اجرا

جابجا کردن فرآیند میان حافظهٔ‌اصلی و حافظهٔ جانبی (دیسک)، شکل ساده‌ای از حافظهٔ مجازی

overlay

سلسله مراتب حافظه

سلسله مراتب حافظه جزئی‌تر

حافظهٔ نهان

حافظهٔ نهان دو سطحی در یک پردازندهٔ واقعی

الگوریتم خواندن و نوشتن از حافظهٔ نهان

Effective Access Time (EAT)

\(t_m\) : زمان دسترسی به حافظه‌ی اصلی
\(t_c\) : زمان دسترسی به حافظه‌ی نهان
\(h_c\) : ضریب اصابت به حافظه‌ی نهان

\begin{align}EAT = h_c * t_c + ( 1 - h_c ) * ( t_m + t_c )\end{align}

اگر ضریب اصابت (یا نسبت اصابت) برای پردازنده‌ای 0.95 باشد و سرعت دسترسی به حافظهٔ اصلی 100 میکرو ثانیه باشد و سرعت دسترسی حافظهٔ نهان 1 میکرو ثانیه باشد در این صورت زمان دسترسی مؤثر برابر خواهد بود با

EAT = 0.95 * 1 + (1 − 0.95) * (100 + 1)
EAT = 0.95 + 0.05 * 101
EAT = 0.95 + 5.05
EAT = 6 μs

ms	μs	ns	action
		0.5	CPU L1 dCACHE reference
		1	speed-of-light (a photon) travel a 1 ft (30.5cm) distance
		5	CPU L1 iCACHE Branch mispredict
		7	CPU L2 CACHE reference
		71	CPU cross-QPI/NUMA best case on XEON E5-46
		100	MUTEX lock/unlock
		100	own DDR MEMORY reference
	20	000	Send 2K bytes over 1 Gbps NETWORK
	250	000	Read 1 MB sequentially from MEMORY
10	000	000	DISK seek
10	000	000	Read 1 MB sequentially from NETWORK
30	000	000	Read 1 MB sequentially from DISK
150	000	000	Send a NETWORK packet CA -> Netherlands