Betriebssysteme: Speicherverwaltung und Prozesse

Betriebssysteme und Prozessarten

Ein Betriebssystem (OS) kann auf zwei Arten genutzt werden:

• Batch-Prozess: Wurde in der zweiten Generation von Computern verwendet. Verschiedene Verfahren wurden eingeleitet, und nach einer meist langen Zeit erhält man die Antwort.
• Echtzeit-Prozesse: Die Antwort wird unmittelbar in Echtzeit erhalten.

Process Control Block (PCB / BCP)

Der BCP enthält folgende Angaben:

• Aktueller Status: Entweder laufend, gestoppt oder gesperrt.
• ID (PID): Vom Betriebssystem zugewiesen.
• Priorität: Vom Betriebssystem zugewiesen, kann vom Administrator geändert werden.
• Lage im Speicher.
• Ressourcen: Die Mittelzuweisung der Variablen erfolgt durch das OS.

Partitionen und Speicherverwaltung

Variable Partitionen lösen das Problem der Fragmentierung, indem der Speicher in unterteilte Partitionen aufgeteilt wird. Es muss ein Datensatz über die Partitionsinformationen (Frei / Gebucht) geführt werden. Dieser Rekord sollte sowohl zeitlich als auch bei der Zuweisung in der Verwendung von Speicher effizient sein.

Nachteile: Die Schwierigkeit, den Überblick über die verfügbaren Partitionen zu behalten, macht das System langsamer. Zudem existiert weiterhin die externe Fragmentierung.

Paginierung (Paging)

Bei Paginierungssystemen wird der Programmspeicher in kleine Portionen, sogenannte Seiten, aufgeteilt. Der physische Speicher wird in Stücke der gleichen Größe geteilt, die Page Frames oder Frames genannt werden. Die Größe des Speichers eines Prozesses wird durch das Ende seiner letzten Seite bestimmt, wodurch interne Fragmentierung minimiert und externe Fragmentierung vermieden wird.

Der Speicher-Manager

Der Teil des Betriebssystems, der die Verwaltung des Speichers übernimmt, ist der Speicher-Manager oder Planer. Er ist verantwortlich für die Verfolgung der Speicherbereiche, die verwendet werden oder frei sind. Er weist neuen Prozessen Speicher zu und gibt Raum frei, wenn Prozesse abgeschlossen sind. Wenn ein Prozess nicht vollständig in den Speicher passt, verwaltet er den Austausch von Daten zwischen Speicher und Festplatte.

Fragmentierung

• Interne Fragmentierung: Tritt auf, wenn Prozesse in sehr großen Partitionen den zugewiesenen Platz nicht vollständig nutzen.
• Externe Fragmentierung: Eine Partition wird nicht verwendet, weil sie zu klein für laufende Prozesse ist. Zur Lösung dieser Probleme werden variable Partitionen eingesetzt.

Leistung des virtuellen Speichers

Die Funktionsweise des virtuellen Speichers ist wie folgt:

• Beim Laden eines Programms in den Arbeitsspeicher werden zunächst nur die Seiten geladen, die für den Programmstart notwendig sind.
• Die übrigen Seiten werden statt im RAM auf einer Festplatte in einem reservierten Bereich für den Austausch (Swap) gespeichert.
• Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt eine Seite benötigt wird, die sich nicht im RAM befindet, wird diese in den RAM getauscht. Dies bedeutet, dass Zeit benötigt wird, um eine Seite nachzuladen, die aktuell nicht verfügbar ist.