Architektura systemu

Windows.

Zarządzanie pamięcią.

Paulina Pudo

V ET-I PiZ

Architektura systemu

operacyjnego Windows 95

Powłoka 32-bitowa

realizuje komunikację jądra

systemu z użytkownikiem i działającymi aplikacjami.

Obsługuje ona dane otrzymywane z klawiatury, myszki i

innych urządzeń wejściowych i odpowiednio na nie reaguje

za pomocą graficznego interfejsu użytkownika, który

obejmuje pulpit, ikony, okna, paski menu itd.



Kernel obsługuje podstawowe funkcje systemowe: usługi
plikowe, zarządzanie pamięcią operacyjną i procesami
(proces - aktywny program załadowany do pamięci
operacyjnej).



Register to centralna baza danych systemu Windows 95
zawierająca różnorodne informacje o jego konfiguracji.



Virtual Machine Manager odpowiada za uruchamianie
aplikacji i przydzielanie im obszarów pamięci.



Installable File System Manager zajmuje się obsługą
systemu plików na dyskach twardych i CD-ROM.



Configuration Manager wykrywa konfiguracje urządzeń
podłączanych do magistrali systemowej

Architektura 32-bitowa to w skrócie architektura systemu

przetwarzania danych komputera oparta na jednostkach

informacji wielkości 32 bitów. Oznacza to, że procesor

przetwarza dane w dokładnie takich porcjach. Jednak w

transferach zewnętrznych (np. do pamięci operacyjnej)

często wykorzystuje się szersze (64) lub węższe (16)

zakresy.

W odniesieniu do możliwości adresowania pamięci, 32 bity

określają ilość możliwych do zaadresowania komórek.

Istnieje 2

32

wariacji 32-bitowego adresu, czyli bezpośrednio

można adresować 4 294 967 296 komórek pamięci.

32 – bitowy model pamięci

w systemie Windows

Pamięć wirtualna i fizyczna

W Windows można rozróżnić dwa rodzaje pamięci: fizyczną i

wirtualną.

Określanie fizycznej pamięci komputera

Pamięć fizyczna jest pamięcią RAM zainstalowaną na komputerze.

Windows automatycznie wykrywa ją i konfiguruje odpowiednio

system.

Pamięć fizyczna w komputerze jest niezbędnym elementem

umożliwiającym działanie systemu oraz pozwalającym na

uruchamianie w nim aplikacji. Aby dowiedzieć się ile pamięci RAM

jest zainstalowanej w komputerze należy z menu Start wybrać

Ustawienia->Panel sterowania ->System.

Otworzy się okno dialogowe przedstawiające stan zasobów

komputera, pośród których jest informacja o ilości zainstalowanej

pamięci RAM.

Jeżeli wyświetlana wielkość pamięci nie zgada się z fizyczną

ilością pamięci PAM znajdującą się w komputerze, należy użyć

programu diagnostycznego.

Pamięć wirtualna lub pamięć wymiany

(można też się spotkać z nazwą „

swap

”).

Ta część pamięci to przestrzeń na dysku. System operacyjny

rezerwuje przestrzeń na dysku twardym dla „przestrzeni

wymiany danych”. System operacyjny może korzystać z

pamięci wirtualnej (lub przestrzeni wymiany danych), jeżeli

zabraknie mu pamięci fizycznej. Nazwa ta wzięła się z tego,

że system operacyjny pobiera dane z pamięci fizycznej, które

jego zdaniem przez jakąś chwilę nie będą używane i zapisuje

je w zarezerwowanej przestrzeni wymiany danych. Następnie

ładuje do pamięci fizycznej dane, które w danej chwili będą w

użyciu. Odczyt i zapis do pamięci wirtualnej nie odbywa się w

tak szybki sposób jak to ma miejsce z pamięcią fizyczną.

Dlatego też system operacyjny stara się przechowywać dane

(szczególnie te często używane) w pamięci fizycznej.

Całkowita ilość dostępnej pamięci to ilość pamięci

fizycznej i wirtualnej.

Pamięć wirtualna

Pamięć wirtualna oznacza oddzielenie pamięci fizycznej od
pamięci logicznej dostępnej użytkownikowi. U podstaw tej
idei leży obserwacja, że w każdej chwili tylko część pamięci
wykonywanego programu musi znajdować się w pamięci
operacyjnej komputera. Logiczna przestrzeń adresowa
może być, więc znacznie większa niż fizyczna. Adresy w
pamięci wirtualnej są odwzorowywane na adresy pamięci
fizycznej. Pamięć wirtualna umożliwia, więc współdzielenie
przestrzeni adresowej przez wiele procesów. Pozwala też
efektywniej tworzyć procesy.

Jeśli ta strona nie była modyfikowana od czasu ostatniego
ładowania z dysku, to zawartość bloku 1 i ramki 0 są takie same.
W przeciwnym wypadku tylko w ramce 0 jest aktualny stan
strony 0. Strona 4 nie jest natomiast odwzorowana w pamięci
operacyjnej. Jej zawartość znajduje się wyłącznie na dysku w
bloku nr r. Jeśli jakiś proces chciałby skorzystać ze strony 4 musi
być ona sprowadzona do pamięci operacyjnej, co wiąże się z
zarezerwowaniem dla niej jakiejś pustej ramki.

Na tym rysunku widać
przykładowy stan pamięci
wirtualnej systemu. Strona 0 w
pamięci logicznej jest
przyporządkowana
(odwzorowana w) ramce nr 0 w
pamięci fizycznej, która z kolei
odpowiada blokowi 1 w pamięci
dyskowej. Aktualny stan strony
nr 0 jest zapisany w ramce

0.

Pamięć stronicowana

(ang. paged memory)

Pamięć operacyjna fizycznie podzielona na jednakowej

długości obszary nazywane ramkami. Zawartość każdej z

ramek nosi nazwę strony. Adresowanie odbywa się za

pomocą tablicy stron (również przechowywanej na

stronach), której adres jest pamiętany w rejestrze bazowym

tablicy stron. Dzięki zmianom zawartości tego rejestru przy

przełączaniu kontekstu procesu możliwe jest wydzielenie

każdemu procesowi odrębnej przestrzeni adresowej i

uniemożliwienie dostępu do stron pamięci należących do

innych procesów.
Strony pamięci mogą albo rezydować w pamięci fizycznej,

albo być przechowywane w pamięci zewnętrznej (na

przykład na dysku twardym) aż do momentu, gdy będą

niezbędne do działania programu.

Stronicowanie na żądanie

Stronicowanie na żądanie jest najczęstszym sposobem
implementacji pamięci wirtualnej. W skrócie można go
określić jako sprowadzanie strony do pamięci operacyjnej
tylko wtedy, gdy jest ona potrzebna. Nazywa się to także
procedurą leniwej wymiany.
Takie rozwiązanie zmniejsza liczbę wykonywanych operacji
wejścia/wyjścia i zapotrzebowanie na pamięć operacyjną,
ponieważ nie sprowadza się niepotrzebnych stron
(pojedyncze wywołanie dużego wielofunkcyjnego programu
może wymagać sprowadzenia jedynie niewielkiej części
jego kodu). Dzięki temu zmniejsza się czas reakcji systemu.
Można też obsłużyć większą liczbę użytkowników.

Przykład stronicowania

Stronicowanie z dwoma poziomami tablic stron

Rysunek: Sprzęt stronicujący (źródło: Silberschatz, Galvin, Podstawy

systemów operacyjnych)

Plik ukryty

Na dysku twardym, używany przez system Windows do

przechowywania części plików programów i danych, które

są zbyt duże i nie mogą być umieszczone w całości w

pamięci. Plik stronicowania i pamięć fizyczna (lub pamięć

RAM) tworzą pamięć wirtualną. System Windows przenosi

dane z pliku stronicowania do pamięci zgodnie z potrzebami

oraz z pamięci do pliku stronicowania, aby zwolnić miejsce

dla nowych danych. Plik stronicowania jest również

nazywany plikiem wymiany



W Windows 95/98 plik wymiany nosi nazwę WIN386.SWP,



w Windows NT/XP jest to plik PAGEFILE.SYS, domyślnie

równy wielkości fizycznej pamięci operacyjnej plus 12 MB -

wielkość PAGEFILE.SYS można samodzielnie zmienić.

Plik wymiany określany jest przez trzy parametry:



lokalizacja - czyli fizyczne umiejscowienie pliku



rozmiar początkowy - określa ile MB system zarezerwuje

podczas startu dla pliku wymiany



rozmiar maksymalny - określa do jakiego rozmiaru może

urosnąć plik wymiany.

Aby dostać się do interesujących nas ustawień klikamy

kolejno:

Menu Start -> Panel Sterowania -> System -> zakładka

„Zaawansowane” -> okienko "Wydajność” -> Ustawienia ->

zakładka „Zaawansowane” -> Pamięć Wirtualna -> Zmień.

Jak to działa?

System Windows przed każdym startem systemu tworzy

plik wymiany od podstaw i szuka „ciągłej przestrzeni”, gdzie

mógłby go umiejscowić w całości. Jeżeli jej nie znajdzie

wówczas plik wymiany jest dzielony na kilka części. Dopóki

nie zmieniamy parametrów Swap’a nie ma ryzyka, że

zostanie podzielony na części. Zmieniając rozmiary pliku

wymiany pamiętaj, aby „Rozmiar początkowy” był

adekwatny do potrzeb twojego komputera. Jeśli dla

przykładu potrzebujesz 320MB a parametr początkowy

ustawiony masz na 280MB wówczas podczas korzystania z

aplikacji, kolejne fragmenty pliku wymiany zostaną

zapisane w różnych miejscach, co spowoduje, iż cały plik

będzie pofragmentowany. Sytuacja ta wpłynie dość

niekorzystnie na całą wydajność systemu, ponieważ

nadmiar danych będzie każdorazowo pofragmentowany, co

z kolei uniemożliwia nam bezpośrednią defragmentację

pagefile.sys.

Wielkość SWAP

Bardzo znanym schematem było trzymanie się dosyć

prostego i logicznego równania, gdzie początkowy rozmiar

pliku wymiany równał się ilość posiadanej fizycznie pamięci

RAM x 1,5, zaś rozmiar maksymalny pliku równał się ilość

posiadanej fizycznie pamięci RAM x 3.

Jest to dosyć duże uproszczenie, choć wciąż oficjalnie

popierane przez Microsoft.



Nie ma sensu powiększać Swap’a do zbyt dużych

rozmiarów, jeżeli nie grasz w wymagające gry lub nie

pracujesz przez wiele godzin z wymagającymi aplikacjami.



W normalnych zastosowaniach domowych nie ma co

próbować nawet wyłączać pliku wymiany. Chyba, że

posiadasz minimum 512 MB, a jedynymi aplikacjami, jakie

używasz są, przeglądarka internetowa, komunikator, edytor

tekstu, i gry typu pasjans.

Położenie SWAP a partycja systemu plików



Reasumując, polecam wszystkim by plik wymiany trzymali

na początku dysku systemowego, na specjalnie utworzonej

do tego partycji w systemie plików FAT



Plik wymiany staje się coraz większy wraz z upływem czasu

pracy w Windows. Możecie sami sprawdzać aktualną

wielkość tego pliku. W tym celu uruchomcie Eksploratora

Windows i odszukajcie na dysku plik win386.swp (Windows

95/98) lub pagefile.sys (Windows 2000/XP). Z reguły

znajduje się on w katalogu głównym na dysku C: lub

katalogu C:Windows.



Plik wymiany może przerazić swoją wielkością, w

komputerach z dużym dyskiem często przekracza on 1 GB.

Taki rozmiar pociąga za sobą pierwszy, niepożądany skutek

- jest on zapisany w wielu fragmentach, w różnych

miejscach twardego dysku (ulega fragmentacji). Wydłuża to

czas dostępu do informacji.

ZARZĄDZANIE PAMIĘCIĄ OPERACYJNĄ -

PODSUMOWANIE

Rzadko zauważa się ją, gdy komputer działa
prawidłowo, ale pamięć stanowi klucz do poprawy
wydajności. Wyraźnym sygnałem sugerującym, że
pamięci może być za mało będzie natomiast
wyraźne spowolnienie pracy systemu.
Warto wtedy zajrzeć do Menadżera zadań, który
dostarczy niezbędnych informacji o zasobach RAM
i ich wykorzystaniu.

Menadżera zadań możemy
uruchomić kombinacją
klawiszy

Ctrl+Alt+Delete.

Można także kliknąć
prawym przyciskiem
myszy w wolne miejsce na
pasku zadań i wybrać
"Menadżer zadań".
Na tym etapie
poszukiwaną informację
znajdziemy w polu "Pamięć
zadeklarowana".

KONIEC 