Eine Methode zur formalen Modellierung von ...

108 Speicherverwaltung
als Haupt- oder Arbeitsspeicher (AS) und die weiteren Speicher als Platten- oder Hintergrundspeicher
(HS) bezeichnen.
Prozesse benotigen Speicherplatz, vor allem wahrend ihre Berechnungen in Verbindung
mit dem Prozessor tatsachlich ausgefuhrt werden. Die Daten, die den aktuell auszufuhrenden
Proze betreen, mussen im Arbeitsspeicher, auf den der Prozessor direkt zugreift,
verfugbar sein. Da die Kapazitat des Arbeitsspeichers begrenzt ist, konnen i.a. nicht alle
rechenbereiten Prozesse permanent im Arbeitsspeicher gehalten werden. Um die gesamte
Datenhaltung zu gewahrleisten, wird neben dem Arbeitsspeicher auch der Hintergrundspeicher
genutzt. Der im Rechensystem verfugbare Speicherplatz wird aufgeteilt und von den
Prozessen kooperativ genutzt. Die Manahmen, die hierfur erforderlich sind, ubernimmt
die Speicherverwaltung eines Betriebssystems.
Die Speicherverwaltung hat somit die Aufgabe, die freien und belegten Speicherbereiche
sowohl im Arbeits- als auch im Hintergrundspeicher zu verwalten und Speicherbereiche
an Prozesse zuzuweisen bzw. frei werdende Speicherbereiche entgegenzunehmen. Aktuell
benotigte Daten sind im Arbeitsspeicher bereitzustellen und solche, die aktuell nicht
benotigt werden, im Hintergrundspeicher abzulegen. Speicherverwaltungen werden darin
unterschieden, ob Prozesse wahrend ihrer Ausfuhrung zwischen AS und HS transferiert
bzw. ob bei Ausfuhrung eines Prozesses alle oder nur Teile der Daten im Arbeitsspeicher
gehalten werden. Eine weitere Aufgabe der Speicherverwaltung besteht darin, dafur Sorge
zu tragen, da freie Speicherbereiche passender Groe zur Verfugung stehen.
In diesem Kapitel werden wir uns mit den Manahmen beschaftigen, die erforderlich sind,
um eine Berechnung durch einen Proze in Verbindung mit Prozessor und Speicher auszufuhren.
Dazu modellieren wir die Konzepte eines virtuellen Speichers, siehe zur Beschreibung
Abschnitt 5.2.3. Die Belegung bzw. Freigabe von Speicherplatz bei der Erzeugung
bzw. Terminierung eines Prozesses werden in Kapitel 7 behandelt.
5.2 Wesentliche Aspekte der Speicherverwaltung
Speicher bestehen aus Speicherzellen, die jeweils zur Speicherung eines Bytes (oder anderer
Groen) geeignet sind. Auf den Zellen ist eine lineare Ordnung deniert, und jede
Zelle wird durch ihre Adresse eindeutig identiziert. Ublicherweise werden die Zellen nicht
separat, sondern als Zusammenschlu zu Regionen verwaltet. Eine Region ist ein zusammenhangender
Speicherbereich, der aus einer Menge von Zellen mit aufeinanderfolgenden
Adressen besteht. Die Adresse einer Speicherzelle kann damit relativ zum Anfang einer
Region bestimmt werden. Die Instruktionen, die auf dem Speicher ausgefuhrt werden, sind
das Lesen bzw. Schreiben von Daten relativ zu einer Adresse. Die Adressen, die in einem
Programm verwendet werden, sind i.a. symbolisch und stimmen nicht mit den realen Adressen
im Speicher uberein. Wir bezeichnen Adressen, die im Programm verwendet werden,
als logisch oder virtuell und solche, die im Speicher tatsachlich auftreten, als physikalisch.