В многозадачных системах одновременно в памяти должны находиться несколько выполняемых заданий. Однако часто памяти не хватает для всех заданий. Т.к. процессор задания выполняет поочередно, то используется принцип поочередного выделения памяти для них ( если для всех не хватает).
В первых ОС память размещалась очень просто – каждая программа начиналась с одного и того же адреса т.е. каждая следующая накладывалась на предыдущую. Если часть программы оставалась в памяти, то при следующей загрузке догружалась только недостающая часть. Например:
| память | выполнение задачи 1 | выполнение задачи 2 | выполнение задачи 3 | выполнение задачи 2 |
| 0 000 - 5 000 | Система | Система | Система | |
| 10 000 | задача 1 | задача 2 | задача 3 | догрузка 2 |
| 15 000 | задача 2 | задача 2 | ||
| 20 000 | ||||
| 25 000 | свободная память | |||
| свободная память | свободная память | свободная память |
В этом примере для загрузки задачи 2 повторно не требуется загружать ее всю ( т.к. часть ее уже находится в памяти), а только недостающую часть, которую использовала задача 3 до этого..
Однако такое распределение неэффективно. Например, задачу3 можно было разместить в свободном участке и тогда задачу2 не пришлось бы повторно догружать. Поэтому появились другие системы распределения памяти:
| раздел 8М | раздел 8М | раздел 8М | раздел 8М | ... |
Фиксированное распределение:
вся память делится на одинаковые части – разделы. Каждой программе отводится свой раздел. Однако для маленьких программ, большая часть раздела остается неиспользованной ( это называется внутренней фрагментацией), а для больших программ одного раздела недостаточно и приходится программисту использовать «оверлеи» т.е. распределять размещение данных в памяти в нескольких разделах, а затем позаботиться о переключении на использование то одного, то другого раздела, так как в каждый момент работы должен использоваться только один раздел. Т.е. программист сам должен позаботиться о распределении памяти, что сильно усложняет его работу и требует много времени на разработку программ.
Бороться с этим можно путем использования фиксированных разделов разного размера:
| 2М | 4М | 8М | 8М | 16М | ... |
и тогда каждую программу размещать в максимально подходящем для нее разделе. Однако, если есть несколько программ одного размера, то выстраивается очередь для использования подходящего раздела в то время как другие разделы простаивают.
Динамическое распределение: для каждой программы выделяется строго необходимое ей место и не более. Однако при освобождении памяти образуются между разделами активных программ «дырки» от освободившихся мест и размеры их не всегда подходят для размещения следующих программ. Это называется внешней фрагментацией. Для решения этой проблемы приходится выполнять упаковку фрагментов памяти в сплошной поток с освобождением одного свободного пространства. Однако, это требует дополнительной загрузки процессора, что замедляет работу программ.
| 1 прогр | 2 прогр | 4 прогр | 6пр | ... |
система «двойников»: это был компромисс между динамическим и фиксированным распределением, по которому память выделялась блоками размером 2к . Допустим вся память размером 1 М, тогда для размещения программы 100кБ подбирается блок следующим образом: вся память делится пополам ( т.е. на 2 части по 512 кБ), затем снова пополам ( по 128Кб) и отводится для программы кусок 128Кб т.к. при следующем делении программа уже не разместится. По такому же принципу размещаются остальные программы в оставшейся части памяти. При образовании двух подряд одинаковых свободных кусков они объединяются в один блок. Например, при запросе на размещение программ А( =100Кб) , В ( =186 Кб) и С( =52Кб) они будут размещены последовательно так:
| А - 128 | 128 Кб | 256 Кб | 512 Кб | |
| А - 128 | 128 Кб | В - 256 | 512 Кб | |
| А - 128 | С-64 | 64Кб | В - 256 | 512 Кб |
Страничная организация: Вся память разбивается на небольшие блоки одинакового размера – страницы. Для каждой программы отводится необходимое ей количество страниц. При этом страницы могут находиться не подряд, а вразброс. Поэтому для каждой программы создается своя таблица страниц. Реальный адрес памяти формируется из логического адреса, который состоит из номера страницы и смещения внутри страницы. Преобразование адреса выполняет система невидимо для программиста. За счет малых размеров страниц внутренняя фрагментация небольшая, а внешняя отсутствует.
Сегментация: второй способ разбивки на блоки, но разбивается не оперативная память, а программа на сегменты. При этом они могут быть разного размера, но есть максимальный предел. Физический адрес вычисляется аналогично страничной памяти путем сложения номера сегмента и смещения внутри сегмента. В отличие от страниц, сегменты «видимы» для программиста и он в программе может распределять по ним код программы и данные.
Комбинация страничной и сегментированной памяти: преимущества страничной памяти можно совместить с преимуществами сегментированной. Для этого программы делятся на сегменты, которые в свою очередь занимают целое число фиксированных страниц памяти. Для программиста видны сегменты, а для системы распределение выполняется постранично. Для программиста адрес в памяти это номер сегмента и смещения, а для ОС реальный адрес вычисляется как адрес страницы, где начинается сегмент + количество страниц для смещения внутри сегмента.