Speicherverwaltung/Paging

Zusammenfassung

Die Speicherverwaltung behandelt den Austausch von Seiten zwischen Haupt- und Zusatzspeichern. Sie hängt von der Hardware Organisation des Speichers ab. Segmentierung, Seitenverwaltung und die möglichen Mischformen haben unterschiedliche Verwaltungsprobleme. Drei Problemkreise sind zu unterscheiden:

• Einlagerungsstrategien, bei denen festgelegt wird,wann eine zu verarbeitende Seite in den Hauptspeicher eingeladen wird. Beim Einlagern bei Anforderung (demand fetching, demand paging) wird die Einlagerung durch einen Zugriffsfehler verursacht. Werden ein Segment oder eine Seite nicht im Hauptspeicher vorgefunden, so werden sie vom Zusatzspeicher in den Hauptspeicher kopiert. Intuitiv scheint ein Verfahren günstiger zu sein, das zu verarbeitende Segmente oder Seiten im voraus einlagert (prefetching, prepaging) und dabei eine Lücke im Prozessordurchsatz, etwa durch eine E/A-Anforderung, ausnutzt. Der Nachteil besteht im Betriebssystemüberhang (<overhead), der durch die anti- zipatorische Analyse der Prozesse entsteht. Deshalb verwenden die meisten Rechner ein Einlagern bei Anforderung.

• Plazierungsstrategien beim Segmentieren, wobei der beste Hauptspeicherplatz für ein neu einzulagerndes Segment gesucht wird. Zwei Strategien sind üblich. Beim Speichern im erstbesten Platz (First-Fit) wird die erste passende freie Region zum Speichern des Segments benutzt. Beim optimalen Speichern (Best-Fit) werden alle freien Hauptspeicherregionen betrachtet und die kleinste Region, in die das Speichersegment paßt, ausgewählt. Letzteres verlangt natürlich eine gespeicherte Übersicht über die freien und belegten Regionen, etwa als sortierte Liste. Best-Fit wird deshalb selten angewandt. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, freie Regionen dicht zu packen, also die gespeicherten Segmente dynamisch umzulagern. Dies wird notwendig, wenn nicht mehr hinreichend freier zusammenhängender Platz im Hauptspeicher zu finden ist. In manchen Betriebssystemen ist dies auch als Systembefehl möglich. Bei seitenorientierten Systemen wird die Plazierungsproblematik radikal vereinfacht, da alle Seitenrahmen gleich groß sind. Dies ist ein gewichtiger Vorteil seitenorientierter Speicherverwaltung gegenüber der Segmentierung.

• Da der virtuelle Speicher im Regelfall größer ist als die Zahl der Hauptspeicherrahmen, ist der Hauptspeicher normalerweise vollständig mit angeforderten Segmenten oder Seiten angefüllt, so daß eine zusätzliche Anforderung (also ein Zugriffsfehler) der Auslagerung eines Segments oder einer Seite bedarf. Auslagerungsstrategien sind deshalb ein wesentliches Problem der Seitenverwaltung.

Man geht ungefähr folgendermaßen vor. Zuerst sucht man eine große Anzahl von Leuten heraus - wenn es sich einrichten läßt, eine sehr große Zahl -, Leute, die zwar nie etwas Gescheites über das Thema gelernt haben, über das man sie befragen will, so daß die Wahrscheinlichkeit einer vernünftigen Antwort gering ist, die jedoch ausnahmslos in der Kultur verwurzelt sind, auf die sich die Frage bezieht.

Dann bittet man sie, wie’s einem gerade so einfallen mag, zu schätzen, wie viele Menschen während der großen Grippe-Epidemie nach dem Ersten Weltkrieg starben, oder wie viele Brotlaibe im Juni 1970 von Inspektoren der Lebensmittelhändler als zum Verzehr ungeeignet befunden worden sind.

Sonderbarerweise ergibt die Auswertung ihrer Antworten, daß deren Mehrzahl sich um die tatsächliche Zahl bewegt, wie sie in Almanachen, Jahrbüchern und Statistiken verzeichnet steht.

Das sieht so aus, als ließe sich folgendes Paradoxon aufstellen: Zwar weiß niemand, was hier los ist, aber alle wissen, was hier los ist.

Nun, wenn sich das hinsichtlich der Vergangenheit bewährt, warum sollte es nicht auch bezüglich der Zukunft möglich sein? Dreihundert Millionen Menschen mit Zugang zum integrierten nordamerikanischen Datensystem sind eine ganz schön große Menge potentieller Berater.

John Brunner, Kleine Delphilogie, aus: Der Schockwellenreiter, 1975