Správa paměti

Správa paměti (memory management) je pojem představující soubor postupů a opatření, které souvisí s hospodařením s operační paměťi počítače. V nejjednodušší formě zahrnuje přidělování paměti jednotlivým procesům. Může zajišťovat i následné uvolňování paměti (když už proces paměť nepotřebuje), nastavovat ochranu paměti a eventuálně i správu adresování paměti. O všechny tyto činnosti se v počítači stará operační systém, respektive jeho část – modul správy paměti. Pro některé z výše uvedených úkolů je potřeba hardwarová podpora uvnitř procesoru.

Virtuální paměť je speciální adresace paměti, která umožňuje přistupovat k paměti RAM stejně jako k místu na pevném disku, což umožňuje snadno a lacino rozšířit kapacitu paměti počítače.

Garbage collector je obvykle součástí programu, kterou přidává kompilátor a která umožňuje automaticky uvolňovat již programem nepoužívanou paměť.

[editovat] Historie

Počítače do 70. let minulého století disponovaly velmi malým množstvím paměti. Proto ani nároky na správu paměti nebyly vysoké, takže vlastně v podstatě ani žádná neexistovala. Později paměť přibývala a bylo v zájmu majitelů počítačů, aby byla co nejlépe využita. To vedlo ke snaze umisťovat do paměti počítače více programů a k následnému požadavku na oddělení jednotlivých částí paměti, aby si jednotlivé procesy ať už záměrně nebo omylem neškodily. V tomto okamžiku můžeme sledovat nástup skutečných operačních systémů a postupně i čím dál kvalitnější správy paměti, která byla podporována hardwarovou podporou uvnitř procesorů.

[editovat] Metody přidělování paměti

Každý proces potřebuje ke svému běhu přidělení určité části operační paměti. Proto má každý operační systém modul správy paměti, který zajišťuje přidělování a ochranu paměti.

[editovat] Přidělování veškeré volné paměti

Část paměti RAM zabírá operační systém, zbytek paměti je pro uživatelský program nebo programy. Většina systémů s touto metodou neumožňuje žádnou ochranu paměti.

• operační paměť ISIS-2
  • nejdříve OS, pak proměnné a buffery a pak program
• operační paměť CP/M
  • prvních 100H pro OS, pak paměť pro program a pak proměnné a buffery

[editovat] Přidělování bloků paměti pevné velikosti

OS MFT (Multitasking with Fixed nuber of Tasks). Paměť je při startu OS rozdělena na bloky. OS přidělí programu blok, jehož délka je větší nebo rovna nárokům tohoto programu. Je jednoduchý a v paměti může být několik procesů současně. Oproti tomu dochází k fragmentaci (špatné využití paměti), je potřeba znát nároky programu předem a u procesu, který má větší nároky než je velikost největšího bloku paměti nedojde k odstartování.

[editovat] Adresování

Nelze předem stanovit, kde (na jaké adrese) bude program uložen → program musí být relokabilní.

• použití relokační tabulky
• použití bázování a relativních skoků

[editovat] Ochrana paměti

• Metoda mezních registrů – Užití dvou mezních registrů (nastavuje OS), které uvádějí nejnižší a nejvyšší dostupnou adresu.
• Mechanismus zámků a klíčů – Rozdělení paměti na stránky o pevné velikosti. Každé je přidělen zámek (celé číslo). Ve speciálním registru procesoru je klíč. Ty stránky, které mají stejnou hodnotu zámku jako je hodnota klíče, může proces používat.

[editovat] Přidělování bloků paměti proměnné velikosti

Paměť není rozdělena na pevné bloky, ale programu je při jeho startu přidělena paměť podle nároků. Neboli se přidělí celý volný blok a to, co nepotřebuje, program vrátí.

[editovat] Metody výběru bloku

• First fit - vybere se první blok kde je délka větší nebo rovna chtěné velikosti
• Last fit - přidělí se poslední vyhovující
• Worst fit - přidělí největší volný blok
• Best fit - přidělí nejmenší, který vyhovuje

[editovat] Ochrana paměti

• Metoda mezních registrů
• Mechanismus zámků a klíčů
  • paměť je rozdělena na bloky stejné velikosti (4kB)
  • každému programu přidělíme zámek (celé číslo)
  • bloky patřící danému programu označujeme stejným číslem (zámek)
  • v CPU je speciální registr s číslem běžícího procesu programu (klíč)
  • CPU povolí jen typ operace s pamětí kde zámek=klíč
  • při porušení ochrany → vnitřní přerušení (zařídí OS)
  • speciální klíč 0 slouží OS (bez ochrany)
  • nastavení registru s klíčem je privilegovanou instrukcí
  • zámky jsou uloženy v RAM jako pole
  • metoda zámků a klíčů se používá dodnes