Přístup procesů do paměti

Pravidla pro běh více procesů

• Proces nemůže a nesmí být ovlivněn činností jiných procesů.
• Programátor při psaní kódu nemusí řešit, kolik a jakých procesů v paměti bude.
• Každý proces funguje tak, jako by byl v počítači jediný.
• Fakt, že byl proces „uspán“ a mezitím běžely jiné procesy nesmí proces nijak poznat — veškerá data, která měl k dispozici, musí zůstat stejná.

Jak data ochránit?

Obsah registrů procesoru → uloží se do paměti

• Co se týče obsahu registrů procesoru, je situace jednoduchá.
• Při změně kontextu („přepnutí procesu“) se obsah všech registrů (řádově jsou to stovky byte) uloží na vyhrazené místo do operační paměti.
• Při přepínání procesů se hodnota registrů procesoru aktualizuje tak, aby po opětovném „probuzení“ měl proces své hodnoty registrů, které si nastavil před „usnutím“.

Obsah operační paměti → musí zůstat

• Obsah operační paměti ale nemůžeme někam „zazálohovat“. Teoreticky by šla uložit na pevný disk, ale operační paměť má velkou kapacitu a ukládání tak velkého množství dat na disk by přepínání procesů nepřípustně zdrželo — nezapomeňte, že přepínání desítek procesů se musí stíhat tak rychle, aby si uživatel myslel, že všechny procesy běží zároveň.
• Data procesů v operační paměti tedy musí zůstat a musíme zajistit, aby žádný proces nemohl číst ani zasahovat oblast, která mu nepřísluší.

Postup při práci s pamětí

Řešení

• Každý proces se chová, jako by měl svou virtuální paměť jen pro sebe (množství je pro daný operační systém pevně dané, programátor se tedy o množství paměti nestará).
• Při práci s operační pamětí proces vždy odkazuje na adresu ve své virtuální paměti.

• Přístup do operační paměti nemůže proces řešit přímo, ale vždy musí využít služeb operačního systému.

Postup při alokaci paměti

• Proces zažádá operační systém o přidělení paměti. Používá přitom adresy v&bnsp;rámci virtuální paměti (VPFN — Virtual Page Frame Number).
• Operační systém si uloží informaci:
  • který proces žádal (PID)
  • jakou adresu (VPFN) ve virtuální paměti chce proces obsadit,
  • kam data skutečně budou zapsána ve fyzické paměti (PFN — Page Frame Number).

Postup při čtení/zápisu z/do paměti

• Proces oznámí procesoru adresu VPFN, kterou chce použít (zapíše ji do odpovídajícího registru).
• Procesor dohledá v tabulce (kterou vytvořil operační systém) odpovídající PFN a vyzvedne/upraví data.

Schéma zápisu do paměti

Modré sloupce — virtuální paměť procesů

• Modré sloupce reprezentují virtuální operační paměť jednotlivých procesů.
• U každého sloupce je uvedeno číslo procesu (PID), kterému daná virtuální paměť patří.

Žlutý blok — skutečná operační paměť

• Do ní smí zapisovat pouze operační systém.
• Operační systém si v ní mimo jiné vede tabulku, pomocí které překládá požadavky procesů na práci s VPFN na skutečné adresy PFN.
• Některé paměťové bloky lze dokonce dočasně přesunout na disk (swappování) — před dalším použitím ale musí být přeneseny zpět do operační paměti.

Swappování — co když se data do (fyzické) paměti nevlezou?

• V takovém případě je třeba data procesů, které právě neběží, odložit na pevný disk — to označujeme jako swappování.
• Než budou procesy opět spuštěny, bude třeba data znovu načíst do operační paměti.
• Takto můžeme mít „uloženo v operační paměti“ více dat, než kolik je celková kapacita operační paměti.

Nevýhody swappování

• Výrazně zpomaluje přepínání procesů a&nbps;tím i celkovou odezvu systému.
• Zabírá kapacitu pevného disku.

  To je jeden z důvodů, proč si operační systémy obvykle část kapacity (obvykle 10 %) pevného disku blokují.

  Může se vám tedy stát, že počítač odmítne vytvářet další soubory či přidávat data, i když na disku ještě zůstává třeba 8% volného místa.