Ana Bellek Yönetimi Bir bilgisayar sisteminin en önemli donanımsal kaynaklarından biri olan ana belleğin, görevler arasında paylaştırılması ana belleğin yönetimi olarak adlandırılır. Programların ve işlenen verilerin ana bellekte yer alacakları konumların belirlenmesi, düzenlenmesi, izlenmesi, gereksenen alanların sağlanması, bu alanların dışına taşmaların denetlenmesi gibi işlevler hep bellek yönetimi kapsamında ele alınır.

Ana Bellek Yönetimi Bilgisayar sistemlerinde bellekler, ana bellek ve ikincil bellekler olarak iki gruba ayrılır. Ana bellek, aynı zamanda canlı bellek, yarı iletken bellek, RAM bellek gibi adlarla da anılır. İkincil belleklerin, işletim dışı verilerin saklandığı ve korunduğu, yüksek oylumlu bir bellek türü olduğu bilinir.

Ana Bellek Yönetimi Ana işlem birimi yönünden bakıldığında ana bellek, bir sözcük dizisi gibi görülür. Ana bellekte her sözcüğün bir adresi bir de içeriği bulunur. Ana bellekte bir sözcüğün adresi, bu sözcüğe erişimde, adres yolu üstüne yüklenen konum değeridir. Bu değer, fiziksel adres olarak nitelenir. Kod dizilerinden oluşan programlar içinde kullanılan adresler ise program başına göreli mantıksal adresler olarak nitelenir.

Bellek Yönetim Türlerinin Sınıflandırılması Durgun Bellek Yönetimi Devingen Bellek Bitişken Bellek Parçalı Bellek Gerçek Bellek Sanal Bellek Bellek Yönetimi

Tek ve Bitişken Bellek Yönetimi Ana bellek, aynı anda, işletim sistemi ile tek bir kullanıcı programı tarafından paylaşılır. Tek iş düzeni ve tek görevli işlem ortamlarında kullanılabilen, bu nedenle de, artık kişisel bilgisayar sistemleri için bile yetersiz kalan bir bellek yönetim biçimidir.

Değişmez Bölümlü Bellek Yönetimi Tek iş düzeninden çok iş düzenine geçiş, ana bellek yönetiminde de tek ve bitişken bellek yönetiminden değişmez bölümlü bellek yönetimine geçişi zorunlu kılmıştır. Ana bellek, işletim sistemi ve kullanıcı programları olmak üzere irili ufaklı birden çok bölüm arasında paylaşılır. Her iş işletime alınmadan önce, ana bellekte kendisine, boyuyla uyumlu bir bölüm atanır.

Değişmez Bölümlü Bellek Yönetimi MİB’in bir göreve anahtarlandığında, ilgili işin taban ve tavan adreslerini yazmaçlarda tutmak zorundadır. İşletim sistemi, ana bellek düzeniyle ilgili bir Bölüm Tanım Çizelgesi tutar. Bu çizelgede tüm bölümlerin Giriş Adresleri, Boyları, Kullanımda olup olmadıkları gösterilir. Bir iş, işletime alınacağı zaman bölüm tanım çizelgesi taranarak bölüm ataması yapılır. First Fit: Tarama sırasında rastlanan ilk boş bölümün atanması Best Fit: İşin gerektirdiği sığaya en uygun boydaki bölümün atanması

Değişken Bölümlü Bellek Yönetimi Temel ilkesi; bölümlerin, konum ve boyları itibarıyla, işlerin görevlere dönüştürülüp sisteme sunuluşları aşamasında, devingen olarak yaratılmasıdır. Bir görev hazır görevler kuyruğuna ilk kez bağlanacağı zaman, gerektirdiği büyüklükte alan, ana bellekte kullanılmayan boş alanlar içinden bulunur ve yeni bir bölüm olarak bölüm tanım çizelgesine eklenir. Bu yöntemde, bölüm tanım çizelgesinin yanı sıra, bir de boş alan çizelgesi tutulur. Bölüm tanım çizelgesi bölümlere atanan bölümlerin bilgilerini, Boş alan çizelgesi de bölümler arasında boş bitişken alanlara ilişkin konum, boy gibi bilgileri tutar. Boş alan seçilirken çeşitli algoritmalar kullanılır. best fit (en uygun alan) first fit (ilk uyan alan) worst fit (en büyük alan)

128 kb alan kaplayan yeni bir iş ana belleğe yerleşiyor.

Ana Belleğin Parçalanma Sorunu Ana belleğin parçalanması, bitişen alanların görevlere atanan bölümlerle, zaman içinde ufalanmasıdır. Belleğin parçalanması sonucu, bellekteki boş alanların toplamı, gereksenen sığaları karşılıyor olmasına rağmen yeni görevlere yer sağlanamayan durumlarla karşılaşılabilir.

Bitiştirme Tüm bellek alanına dağılmış durumdaki bölümleri, yerlerini değiştirerek yan yana yerleştirme ve bu yolla bölümler arasında kalan boş alanları da yan yana getirerek tek bir bitişken alan yaratma işlemine BİTİŞTİRME (DEFRAG) işlemi denir.

Yeri Değişir Bölümlü Bellek Yönetimi Programların, ana belleğe, derleme sonrası elde edildikleri biçimde yüklenerek işletilebilmelerini ve işletimleri sırasında, herhangi bir önlem almaya gerek kalmaksızın bir yerden diğer bir yere taşınabilmelerini olanaklı kılmaktadır.

Bitiştirme İşlemleri Ne Zaman ve Hangi Sıklıkla Uygulanır Bellekte parçalanmayı önlemek üzere bitiştirme işlemi, ya her görevin işletiminin bitiminde ya da işletime sunulan işlere bellekte yer bulunamadığı durumlarda gündeme gelebilir. Bitiştirme işlemlerini her işletim bitişte yinelemek; ana belleği verimli kullanmayı amaçlarken işletimi sık sık durdurarak sistem hızının ve kullanılabilirliğinin aşırı düşmesine neden olur. Bitiştirme işlemlerine, ana bellekte yer ihtiyacı oluştukça başvurmak daha anlamlıdır. Bu ihtiyaç bellek yönetici tarafından saptanır. Bitiştirme işlemi, işletim sisteminin inisyatifinde otomatik olarak sistem işletmeni uyarılarak başlatılır.

Diske Taşıma (SWAPPİNG) Kimi durumlarda bitiştirme işlemleri de bellekte gerekli büyüklükte boş bitişken alan yaratmak için yeterli olmaz. Sisteme sunulan iş, o an sistemde işletimde olan işlerden daha öncelikli ise, görev tanımlarının yapılarak hemen işletime alınmasını gerektirir. Kimi az öncelikli görevlerin, işletimleri sonradan tamamlanmak üzere geçici olarak diske taşınması boş bellek alanı yaratmak için başvurulan bir yol olabilir. Bu yolla açılan boş bellek alanları yeni görevlerin tanımlanabilmesine ve öncelikli işlerin işletimlerinin bir an önce başlatılabilmesine olanak sağlar. İşletimi tamamlanmamış bir görevin, daha öncelikli görevlere ana bellekte yer açmak üzere, geçici olarak diskte, bu amaçla öngörülen alanlara taşınmasına diske taşıma (swapping) denir.

Sayfalı Bellek Yönetimi Görevlerin mantıksal adres evrenleri, birbirini izleyen, eşit uzunlukta parçalardan oluşur. Bu parçalar program sayfası olarak adlandırılır. Bu evren içinde adreslerin iki birleşeni bulunur (s,x). Bu birleşenlerden ilki (s) sayfa numarası, ikincisi ise (x) sayfa başına göreli adrestir. İşletim sistemi her görev için Sayfa Tanım Çizelgesi tutar Sayfa Numarası Sayfa Başlangıç Adresi Erişim Hakkı İşletim sistemi hangi sayfaların boş olduğunu Bellek Tanım Çizelgesi’nde tutar.

Sayfalı Bellek Yönetimi Sayfalı bellek yönetiminde, programların mantıksal adres evrenlerini eşit uzunlukta sayfalara ayırmak ve bu sayfaları ana bellekte bitişken olma zorunluluğu bulunmayan fiziksel sayfalarla eşleştirmek ilkesi, görevlere atanacak bitişken bellek parçalarını küçülterek kullanılmayan en küçük parçayı bile değerlendirebilmeyi amaçlar.

Sayfalı Bellek Yönetimi

Kesimli Bellek Yönetimi Görevlere atanacak bitişken bellek parçalarını küçültmenin bir yolu da program adres evrenlerini kesimlere (Segment) ayırmaktır. Kesimler, programlar içinde, içerikleri yönünden mantıksal bütünlüğü bulunan parçalara verilen addır. Programlar, örneğin, Ana yordamın bulunduğu kesim Alt yordamların bulunduğu kesim Değişken, dizi, dizgi gibi, verilerin topluca tutulduğu kesim Yığıt olarak kullanılan kesim gibi değişik türde kesimlerden oluşabilir. Kesimlerin birbirleriyle bitişken olarak düşünülmeleri de gerekmez. Kesimlerden oluşan programlar içindeki adresler, kesim kimliği (numarası) ve kesim içi adres olarak, iki birleşenden oluşur.

Kesimli Bellek Yönetimi Sayfalı ve kesimli bellek yönetimleri birbirlerine çok benzerler. Ancak bu iki yönetim biçimi arasında önemli temel fark: Programların mantıksal adres evrenleri; Sayfalı bellek yönetiminde mekanik biçimde eşit uzunlukta sayfalara Kesimli bellek yönetiminde ise değişken uzunlukta, mantıksal bütünlüğü taban alan kesimlere ayrılır.

Kesimli Bellek Yönetimi

Sayfalı Görüntü Bellek Yönetimi Sayfalı bellek yönetiminden farklı olarak diskin bir bölümü de ana bellek alanıymış gibi kullanılır. Görüntü bellek düzeninde tüm program sayfalarının ana bellekte bulunma zorunluluğu yoktur. Görüntü bellek düzeninde sayfalar diskte saklandığından her görev için, Sayfa tanım çizelgesi yanında bir de Kütük tanım çizelgesi tutulur. Sayfa tanım çizelgelerinde ek olarak Sayfa Bellekte Belirteci (Sayfanın bellekte olup olmadığını gösterir) Değişim Belirteci (Bellekteki ve diskteki kopya arasında fark olup olmadığını gösterir) Erişim Hakkı

Sayfalı Görüntü Bellek Yönetimi

Sayfalı Görüntü Bellek Yönetimi Adres dönüştürme sürecin de, bellek yöneticisinin gerçekleşmesi gereken işlemler şunlardır: a. Bellekte göreve atanacak boş bir sayfa aramak. b. Bellekte kullanılabilir boş bir sayfa yoksa, yer açmak üzere ana bellekten çıkarılacak sayfanın seçimini yapmak. c. Ana bellekten çıkarılacak sayfada günleme yapılmışsa (diskteki kopyasından farklı ise) sayfayı diskteki yerine yazmak. d. Erişilmek istenen sayfayı ana belleğe yüklemek. e. Yarıda kesilen komutun işletimini yeniden başlatmak.

Sayfa Çıkarma Algoritmaları Ana bellekten sayfa çıkarma algoritmaları; ana bellekte yer kalmadığı durumlarda diske ana bellekteki bir sayfanın geçici olarak aktarılması işlemini (Ana bellek-disk arası gelgit) en aza indirmeyi hedefler. İlk giren sayfayı çıkarma En erken erişilmiş sayfayı çıkarma En geç erişilecek sayfayı çıkarma

İlk giren sayfayı çıkarma (FIFO) Bellekte uzun süre kalan bir sayfanın, gelecek komut işletimlerinde erişilme olasılığının düşük olacağı varsayımına dayanır.

En erken erişilmiş sayfayı çıkarma (Least Recently Used - LRU) Yakın geçmişte kullanılmamış sayfayı çıkarma algoritması olarak bilinir.

En geç erişilecek sayfayı çıkarma (Optimal) Kuramsal olarak en iyi sonucu verecek algoritmadır. Zira bellekten bir sayfa çıkarmak gerektiğinde, o an en geç erişilecek sayfanın hangisi olduğu tahmin edilecektir.

Kesimli Görüntü Bellek Yönetimi Kesim tanım çizelgelerinde Kesim başlangıç (base) Boy (limit) Erişim hakkı Kesim Bellekte Belirteci(0 veya 1) Erişim Belirteci Değişim Belirteci ‘de bulunmalıdır.

Kesimli Sayfalı Görüntü Bellek Yönetimi Programların mantıksal adres evrenleri kesimlere, kesimler de sayfalara ayrılır. Kesimli görüntü bellek yönetiminin temel sakıncasını oluşturan değişken boydaki kesimleri sayfa tabanında ele almak mümkün olur. Kesimli-sayfalı görüntü bellek yönetiminde mantıksal adresler üç birleşenden oluşur. Bu birleşenler: Kesim numarası Kesime göreli sayfa numarası Sayfa içi adrestir.

Kesimli Sayfalı Görüntü Bellek Yönetimi Mantıksal adresten fiziksel adrese geçişte iki temel çizelge kullanılır: Kesim Tanım Çizelgesi Kesim Numarası Başlangıç Adresi (Sayfa tanım Çizelgelerinin başlangıç adresi) Boyu (ilgili sayfa tanım çizelgesinin boy bilgisi) Kesime Erişim Denetim Kodu Sayfa Tanım Çizelgesi Sayfa Numarası Başlangıç Adresi Sayfa bellekte Belirteci Erişim Hakkı Belirteci Değişim Belirteci