Eine Methode zur formalen Modellierung von ...

5.2 Wesentliche Aspekte der Speicherverwaltung 111
ist. Das Laden einer Seite in einen Seitenrahmen wird Einlagern genannt. Moglicherweise
ist es notwendig, zunachst einen Seitenrahmen frei zu machen, um eine benotigte Seite
einlagern zu konnen. Das Entfernen einer Seite aus dem Arbeitsspeicher mit ihrer Abspeicherung
in einem freien Block des Hintergrundspeichers wird Auslagern genannt. Die
Entscheidung daruber, wann eine Seite ausgelagert wird, kann nach verschiedenen Kriterien
getroen werden, die mittels entsprechender Seitenersetzungsalgorithmen durchgesetzt
werden siehe Abschnitt 5.2.3.1. Zusatzlich mussen Verfahren bereitgestellt werden, die die
Zuordnung von Seitenrahmen zu Prozessen gewahrleisten siehe Abschnitt 5.2.3.2.
5.2.3.1 Seitenersetzungsalgorithmen
Wenn ein Proze aktuell uber den Prozessor verfugt, so fuhrt der Prozessor die Instruktionen
des Programms mit den entsprechenden Adressen aus. Hierbei werden logische
Adressen in physikalische Adressen umgerechnet, und die Speicherverwaltung hat Kenntnis
daruber, ob eine zu einer logischen Adresse gehorende Seite im Arbeitsspeicher realisiert
ist, oder nicht. Sobald eine benotigte Seite nicht im AS-realisiert ist, erzeugt das Betriebssystem
einen Seitenfehler, der Proze wird blockiert, und der Prozessor wird freigegeben.
Die Speicherverwaltung mu Manahmen ergreifen, damit der Proze die Ausfuhrung seiner
Berechnung nach angemessener Zeit fortsetzen kann. Zu diesen Manahmen gehort
insbesondere, da die fehlende Seite in einen Seitenrahmen gespeichert wird. Hierbei sind
zwei Falle zu unterscheiden:
1. Seitenrahmen, die fur den Proze genutzt werden konnen, sind frei. In diesem Fall
ist die Seite in einen solchen einzulagern.
2. Alle Seitenrahmen, die ein Proze nutzen kann, sind bereits belegt. In diesem Fall
mu zunachst ein Seitenrahmen frei gemacht werden, indem eine im AS-realisierte
Seite in den Hintergrundspeicher gelegt (verdrangt) wird. Erst nach der Verdrangung
kann die benotigte Seite eingelagert werden.
Die Auswahl einer Seite, die verdrangt werden kann, erfolgt uber verschiedene Kriterien,
die mittels sogenannter Seitenersetzungsalgorithmen durchgesetzt werden siehe die Kapitel
3.4 in [Tan94], 6.4.2 in [Spi95] und 9.5 in [GS94]. Die Speicherverwaltung fuhrt hierbei eine
Liste der Seiten, die im Arbeitsspeicher realisiert sind. Die Auswahl einer Seite erfolgt beispielsweise
mit einer festgelegten Wahrscheinlichkeit bei der Random-Strategie, oder, weil
sie am langsten im Arbeitsspeicher realisiert ist, mit der FIFO-Strategie, oder gema weiterer
Kriterien, die ausfuhrlich in der oben genannten Literatur beschrieben sind. Derartige
Algorithmen werden beispielsweise gema der Anzahl der erzeugten Seitenfehler bewertet.
So gilt fur FIFO die sogenannte FIFO-Anomalie, siehe u.a. Kapitel 3.5 in [Tan94], da die
Anzahl der Seitenfehler mit der Steigerung der Anzahl der Seitenrahmen wachst. Bei der
Entscheidung uber eine Auslagerung sollte berucksichtigt werden, ob die Seite oft oder
selten benutzt wird. Wir werden die Strategie LRU (Least Recently Used) modellieren, bei
der die Seite ausgewahlt wird, die am langsten nicht benutzt wurde siehe Abschnitt 5.5.2.