Einstiegsprobleme Speicherverwaltung.md

• Wie kann man mehrere Prozesse laufen lassen, wenn nur RAM und keine Speicherabstraktion?
  1. Swapping
  2. Zugriffsverbot (Schlüssel-Schloss-Prinzip)
  3. Statische Relokation
• Was ist Swapping?
  • ein Prozess immer nur im Speicher
  • lege gesamten Inhalt des Speichers in Festplattedatei ab
  • nächstes Programm holen und ausführen
• Was ist Zugriffsverbot (Schlüssel-Schloss-Prinzip)?
  • mit spezieller Zusatzhardware
  • Speichereinteilung in 2-KiB Blöcke
  • jeder Block 4-Bit Schutzschlüssel in CPU-Register gespeichert
  • erlaubter Zugriff, wenn Programmstatuswort (PSW) = Schutzschlüssel
• Was ist statische Relokation?
  • Lösung des IBM 360
  • Annahme: Laden eines Programms an Stelle M
  • Modifikation: jeder Programmadresse mit M addiert
• Wie kann man mehrere Prozesse mit Speicherabstraktion laufen lassen?
  • Konzept des Adressraums
• Was ist das Konzept des Adressraums?
  • ist Menge von Adressen, die ein Prozess zur Adressierung des Speichers nutzen kann
  • jeder Prozess mit eigenem Adressraum (ausgenommen beim Teilen eines Adressraums versch. Prozesse)
  • Adressraumbeispiele:
    • Menge aller Telefonnummern in verschiedenen Städten
    • Menge aller de-Internetdomänen
    • Menge alle Hausnummern in einer Stadt
• Welche Schutzziele existieren bei der Speicherverwaltung?
  • direkten Zugriff auf Speicher vermeiden
  • zum Schutz – keine gegenseitige Beeinflussung
  • Relokation – zum Ausführen mehrerer Programme
• Was sind Vor- und Nachteile der Speicherabstraktion durch Basis- und Limitregister?
  • Verwaltung beider Register nur durch das Betriebssystem
  • Vorteil: Speicherabstraktion gelöst
  • Nachteil: Jeder Zugriff auf Speicherreferenz erfordert
    • Addition
    • Vergleich
• Was geschieht, wenn mehr Prozesse als zugehöriger Speicher vorhanden?
  • Lösung: Swapping
  • Prozess können komplett auf Festplatte ausgelagert werden
• Wie kann man mit Lücken im Speicher umgehen?
  • Speicherverdichtung (memory compaction)
  • Bsp.: bei 4 Byte in 20ns => 1 GB in 5 Sekunden
• Wie geht man damit um, wenn Speicheranforderung nicht genau am Anfang bekannt sind?
  • mehr Speicher reservieren als anfangs nötig
  • beim Auslagern nur genutzten Speicher auslagern
  • beim Überschreiten: in passende Lücke verschieben oder Prozess unterbrechen bis passende Lücke vorhanden
  • Hinweis: klassisches Erzeuger-Verbraucher-Problem
• Wie lässt sich der freie Speicher verwalten?
  • Speicherverwaltung mit Bitmaps
  • Speicherverwaltung mit verkettete Listen
• Wie funktioniert die Speicherverwaltung mit Bitmaps?
  • Unterteilung in Belegungseinheiten
  • jeder Einheit entspricht ein Bit in Bitmap
  • Herausforderungen:
    • Suche innerhalb Bitmap zweitaufwendig
    • Größe je Belegungseinheit ist Entwurfsfrage
  • Komplexität: $O(n)$
• Wie funktioniert die Speicherverwaltung mit verketteten Listen?
  • jeder Eintrag der Liste enthält:
    • P für Prozess, L für Lücke
    • Startadresse und Länge
    • Zeiger auf den nächsten Eintrag
  • Liste sortiert nach Adresse
• Was sind Suchalgorithmen für verkettete Listen?
  • First Fit
    • vom Anfang an schauen, bis erste ausreichende Lücke
  • Next Fit
    • wie First Fit, aber Starte bei zuletzt gefundener Lücke
  • Best Fit
    • suche in Gesamtliste kleinste passende Lücke
    • erzeugt viele, sehr kleine Fragmente
  • Worst Fit
    • als Gegenantwort zur starken Fragmentierung von Best Fit
    • verwende den am schlechtesten passenden Bereich
    • vernichtet große Freibereiche