Was ist Speicherverwaltung?

Die Hauptverwaltung liegt in der Verantwortung der Betriebssysteme. Die Speicherverwaltung beinhaltet die effiziente Zuweisung des Speichers, seine Verwendung und dann das Freigeben des Speichers nach Beendigung des Programms.

Der Hauptspeicher spielt bei der Verarbeitung eine entscheidende Rolle. Es ist eine große Anzahl von Wörtern, deren Größe von Hunderttausenden bis hin zu Milliarden reicht. Programme und Daten sollten sich im Hauptspeicher befinden, bevor die CPU sie ausführt. Die CPU liest Anweisungen aus dem Hauptspeicher und führt
diese Anweisungen während des Abruf- und Ausführungszyklus aus. In der Multiprogramming-Umgebung werden mehrere Prozesse gleichzeitig verarbeitet, daher müssen sich alle entsprechenden Programme im Speicher befinden, damit sie richtig ausgeführt werden.

Es liegt in der Verantwortung des Betriebssystems, die ordnungsgemäße Verwaltung des Speichers sicherzustellen. Um ein Programm auszuführen, muss es auf eine absolute Adresse abgebildet werden, da das Programm während der Ausführung auf die Anweisungen und Daten aus dem Hauptspeicher zugreift, indem es diese absoluten Adressen erzeugt, dann beendet und dann der freie Speicherplatz für verfügbar erklärt wird, der zugewiesen werden kann ein anderes Programm für seine Ausführung.

Um die Auslastung und die Benutzerreaktion zu verbessern, verfolgt das Betriebssystem alle laufenden Programme sowie die in der Warteschlange wartenden Programme. Es stehen viele verschiedene Speicherverwaltungsschemata zur Verfügung, von denen die meisten hardwareabhängig sind. Im Folgenden sind einige Hauptaufgaben von Betriebssystemen in Bezug auf die Speicherverwaltung aufgeführt:
· Verfolgen der Speicherabschnitte, die verwendet werden und von wem
· Entscheiden, welches Programm in den Speicher geladen wird, wenn ein vorhandenes Programm beendet wird
· Zuweisung und Freigabe des Speichers bei Bedarf.

Heutzutage fügen die Computerarchitekturen die Erinnerungen des Computers in einem hierarchischen Ansatz zusammen, beginnend mit den besten Registern aller Zeiten, CPU-Cache und zufälligen Zugriffserinnerungen und Plattenspeichern. Der Speichermanager eines Betriebssystems koordiniert die Verwendung dieser verschiedenen Speichertypen, indem er verfolgt, welcher verfügbar ist, welcher bezahlt oder freigegeben werden soll und wie Daten zwischen ihnen in Bewegung sind. Diese Bewegung, die meistens als virtuelle Speicherverwaltung bezeichnet wird, erhöht die für jede Prozedur verfügbare Speichermenge, indem der Plattenspeicher den Eindruck eines Hauptspeichers erweckt.

Mit der Verwendung von Festplatten oder extra langsamerem Speicher als Speicher ist eine Geschwindigkeitseinbuße verbunden – wenn Verwaltungsprozesse erheblich mehr RAM benötigen, als verfügbar ist, kann das System zu schlagen beginnen. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass eine Prozedur viel RAM benötigt oder weil zwei oder mehr Prozesse um eine größere Speichermenge ringen, als sie zur Verfügung haben soll. Dies führt anschließend zu einer unveränderlichen Übertragung der Daten jedes einzelnen Prozesses auf langsameren Speicherplatz.

Die Bedürfnisse der Nutzer können am besten durch ein Computing erfüllt werden, das die modulare Programmierung und die flexible Nutzung von Daten unterstützt. Systemmanager effiziente und geordnete Kontrolle der Speicherzuweisung.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat das Betriebssystem fünf Hauptaufgaben des Speichermanagements: 1) Prozessisolierung: Das Betriebssystem muss verhindern, dass unabhängige Prozesse die Daten und den Speicher des anderen stören.

2) Automatische Zuweisung und Verwaltung: Programme sollten nach Bedarf dynamisch über die Speicherhierarchie hinweg zugewiesen werden. Die Zuweisung sollte für den Programmierer transparent sein. Somit wird der Programmierer von Bedenken bezüglich Speicherbeschränkungen befreit, und das Betriebssystem kann Effizienz erreichen, indem es Jobs nur nach Bedarf Speicher zuweist.
Unterstützung der modularen Programmierung: Programmierer sollen in der Lage sein, Programmmodule zu definieren und Module dynamisch zu erstellen, zu zerstören und deren Größe zu verändern.

3) Schutz und Zugriffskontrolle: Die gemeinsame Nutzung von Speicher auf jeder Ebene der Speicherhierarchie schafft die Möglichkeit, dass ein Programm den Speicherbereich eines anderen adressiert.
Langzeitspeicherung: Viele Anwendungsprogramme erfordern Mittel zum Speichern von Informationen über längere Zeiträume, nachdem der Computer ausgeschaltet wurde.

Ein wesentliches Element der Speicherverwaltung ist die Organisation virtueller Adressen. Wenn man sich an vielfältige Prozesse gleichzeitig erinnert, muss verhindert werden, dass sie in das Gedächtnis jedes anderen eindringen (sonst wird ausdrücklich nach der Nutzung des gemeinsamen Gedächtnisses gefragt). Dies wird erreicht, indem separate Adressräume enthalten sind. Jeder einzelne Prozess sieht den virtuellen Adressraum in einem Stück, charakteristisch von Adresse 0 bis zur maximalen Größe des virtuellen Speichers, als ausschließlich ihm zugewiesen.

Das Betriebssystem führt eine Papiertabelle, die effektive Adressen mit körperlichen Adressen abgleicht. Diese Speicherzuweisungen werden nachverfolgt, so dass, sobald ein Prozess beendet ist, der gesamte Speicher, der von diesem Fortschritt verwendet wird, für weitere Prozesse verfügbar ist.

Die Bedienanordnung kann auch inaktive Speicherseiten in weniger wichtige Speicher einschreiben. Dieses Verfahren wird als „Paging“ oder „Exchange“ bezeichnet – die Ausdrücke variieren flankiert von Betriebssystemen.

Es ist auch für Betriebssysteme charakteristisch, ansonsten freien physischen Speicher als Seiten-Cache zu verwenden; Anforderungen an Daten von einem langsameren Gerät können im Speicher gehalten werden, um eine bessere Darstellung zu erhalten. Das Betriebssystem kann den Erinnerungs-Cache auch mit Informationen vorladen, die vom Verbraucher in naher Zukunft angefordert werden können; Super Fetch ist ein Beispiel dafür.