Speicherverwaltung — Änderungen 7535 → 7577

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Die '''Speicherverwaltung''' (= '''Memory Management''') ist ein wichtiger Teil des [[Betriebssystem | Betriebssystems]]. Um genau zu sein ist es ein Grundbestandteil eines Betriebssystems und meistens sogar vollständig im [[Kernel]] enthalten.

== Einleitung ==

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* Die [[physische Speicherverwaltung]] verwaltet Speicherblöcke (physische Seiten) im tatsächlich verfügbaren RAM

* Die [[ #virtuelle Speicherverwaltung | virtuelle Speicherverwaltung]] baut auf der physischen Speicherverwaltung auf. Sie verwaltet Seiten im virtuellen Adressraum und deren Zuordnung zu physischen Seiten.

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* malloc/free verwalten den Heap. Im Gegensatz zu den unterliegenden Schichten, die nur in Blöcken gleicher Größe arbeiten, sind malloc/free dafür zuständig, Speicher für unterschiedlich große Objekte bereitzustellen.

* malloc/free [[Heapverwaltung | verwalten den Heap]]. Im Gegensatz zu den unterliegenden Schichten, die nur in Blöcken gleicher Größe arbeiten, sind malloc/free dafür zuständig, Speicher für unterschiedlich große Objekte bereitzustellen.

== Physische Speicherverwaltung ==

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Die '''Physische Speicherverwaltung''' bildet die unterste Ebene und ermöglicht das Allozieren und Freigeben von physischen Speicherbereichen. Meist sind diese Speicherbereiche gleich groß und richten sich nach der Seitengröße der jeweiligen Architektur. Die Seitengröße beträgt normalerweise bei der [[x86]]- und [[x86-64]]-Architektur 4 kB. Es sind dort auch 4 ([[x86]]) bzw. 2 MB ([[x86-64]]) möglich. Intern speichert die physische Speicherverwaltung, welche Speicherbereiche im physischen Speicher frei sind.

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== ~~virtuelle~~ Speicherverwaltung ==

== Virtuelle Speicherverwaltung ==

''Hauptartikel: [[Paging]]''

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Die virtuelle Speicherverwaltung übernimmt in einem Multiprozessorsystem auch die Aufgabe, die virtuellen Adressräume über mehrere Prozessoren hinweg konsistent zu halten (siehe auch [[SMP]]).

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== ~~Implementierung von malloc()/free()~~ ==

== Heapverwaltung ==

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Im Gegensatz zur oben beschriebenen physischen und virtuellen Speicherverwaltung, die fast immer Teil des Kernels sind, sind malloc() und free() Funktionen, die zur Standardbibliothek gehören. Sie laufen üblicherweise im Userspace und benutzen [[~~Systemaufruf|Systemaufrufe~~]] ~~nur, um virtuelle Seiten anzufordern, wenn mehr Speicher benötigt wird.~~

''Hauptartikel: [[Heapverwaltung]]''

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Gelegentlich werden die beiden Funktionen auch als Bestandteil der virtuellen Speicherverwaltung bezeichnet, da sie ebenfalls mit virtuellen Adressen arbeiten. Sie sind aber nicht mit [[Paging]] zu verwechseln.

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Es gibt verschiedene Möglichkeiten malloc() bzw. free() zu implementieren. Eine Möglichkeit ist es, vor den Speicherblöcken Header anzulegen, die die Länge, Flags (wie z.B ob der Block frei ist) und gegenfalls einen Pointer auf den nächsten freien Block beinhalten. Zum Anfang sind keine freien Blöcke vorhanden. Es wird vom Kernel eine Page angefordert. Nun wird ein Header an den Anfang der Page gesetzt. Wenn nun malloc() aufgerufen wird, wird der Block aufgeteilt und ein Teilblock als benutzt markiert. Bei einem Aufruf von free() wird der Block als frei markiert und in die Liste der freien Blöcke eingefügt. Wenn benachbarte Blöcke auch frei sind, werden diese zusammengefügt. Wenn man nun eine ganze Page hat, die als frei markiert ist, kann sie vom Kernel freigegeben werden oder aufgehoben werden, bis sie wieder gebraucht wird.

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~~Man kann auch eine~~ der ~~freien~~ malloc()/free~~() Implementierungen portieren:~~

Die '''Heapverwaltung''' stellt auf der virtuellen Speicherverwaltung aufbauend Funktionen zur Verwaltung von dynamisch allozierten Speichers beliebiger Größe, wie beispielsweise malloc/free der C-Standardbibliothek zur Verfügung.

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* [http://www.~~hoard.org/ The HOARD Memory Allocator] ([[Lizenzen#General_Public_License |GPL]])~~

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* [http://g.oswego.edu/dl/html/malloc.html Doug Lea's Malloc (dlmalloc)] ([[Lizenzen#Public_Domain |Public Domain]])

== Weblinks ==

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 Die '''Speicherverwaltung''' (= '''Memory Management''') ist ein wichtiger Teil des [[Betriebssystem | Betriebssystems]]. Um genau zu sein ist es ein Grundbestandteil eines Betriebssystems und meistens sogar vollständig im [[Kernel]] enthalten.
 == Einleitung ==
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 * Die [[physische Speicherverwaltung]] verwaltet Speicherblöcke (physische Seiten) im tatsächlich verfügbaren RAM
 * Die [[ #virtuelle Speicherverwaltung | virtuelle Speicherverwaltung]] baut auf der physischen Speicherverwaltung auf. Sie verwaltet Seiten im virtuellen Adressraum und deren Zuordnung zu physischen Seiten.
-* malloc/free verwalten den Heap. Im Gegensatz zu den unterliegenden Schichten, die nur in Blöcken gleicher Größe arbeiten, sind malloc/free dafür zuständig, Speicher für unterschiedlich große Objekte bereitzustellen.
+* malloc/free [[Heapverwaltung | verwalten den Heap]]. Im Gegensatz zu den unterliegenden Schichten, die nur in Blöcken gleicher Größe arbeiten, sind malloc/free dafür zuständig, Speicher für unterschiedlich große Objekte bereitzustellen.
 == Physische Speicherverwaltung ==
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 Die '''Physische Speicherverwaltung''' bildet die unterste Ebene und ermöglicht das Allozieren und Freigeben von physischen Speicherbereichen. Meist sind diese Speicherbereiche gleich groß und richten sich nach der Seitengröße der jeweiligen Architektur. Die Seitengröße beträgt normalerweise bei der [[x86]]- und [[x86-64]]-Architektur 4 kB. Es sind dort auch 4 ([[x86]]) bzw. 2 MB ([[x86-64]]) möglich. Intern speichert die physische Speicherverwaltung, welche Speicherbereiche im physischen Speicher frei sind.
-== virtuelle Speicherverwaltung ==
+== Virtuelle Speicherverwaltung ==
 ''Hauptartikel: [[Paging]]''
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 Die virtuelle Speicherverwaltung übernimmt in einem Multiprozessorsystem auch die Aufgabe, die virtuellen Adressräume über mehrere Prozessoren hinweg konsistent zu halten (siehe auch [[SMP]]).
-== Implementierung von malloc()/free() ==
+== Heapverwaltung ==
-Im Gegensatz zur oben beschriebenen physischen und virtuellen Speicherverwaltung, die fast immer Teil des Kernels sind, sind malloc() und free() Funktionen, die zur Standardbibliothek gehören. Sie laufen üblicherweise im Userspace und benutzen [[Systemaufruf|Systemaufrufe]] nur, um virtuelle Seiten anzufordern, wenn mehr Speicher benötigt wird.
+''Hauptartikel: [[Heapverwaltung]]''
-Gelegentlich werden die beiden Funktionen auch als Bestandteil der virtuellen Speicherverwaltung bezeichnet, da sie ebenfalls mit virtuellen Adressen arbeiten. Sie sind aber nicht mit [[Paging]] zu verwechseln.
-Es gibt verschiedene Möglichkeiten malloc() bzw. free() zu implementieren. Eine Möglichkeit ist es, vor den Speicherblöcken Header anzulegen, die die Länge, Flags (wie z.B ob der Block frei ist) und gegenfalls einen Pointer auf den nächsten freien Block beinhalten. Zum Anfang sind keine freien Blöcke vorhanden. Es wird vom Kernel eine Page angefordert. Nun wird ein Header an den Anfang der Page gesetzt. Wenn nun malloc() aufgerufen wird, wird der Block aufgeteilt und ein Teilblock als benutzt markiert. Bei einem Aufruf von free() wird der Block als frei markiert und in die Liste der freien Blöcke eingefügt. Wenn benachbarte Blöcke auch frei sind, werden diese zusammengefügt. Wenn man nun eine ganze Page hat, die als frei markiert ist, kann sie vom Kernel freigegeben werden oder aufgehoben werden, bis sie wieder gebraucht wird.
-Man kann auch eine der freien malloc()/free() Implementierungen portieren:
+Die '''Heapverwaltung''' stellt auf der virtuellen Speicherverwaltung aufbauend Funktionen zur Verwaltung von dynamisch allozierten Speichers beliebiger Größe, wie beispielsweise malloc/free der C-Standardbibliothek zur Verfügung.
-* [http://www.hoard.org/ The HOARD Memory Allocator] ([[Lizenzen#General_Public_License |GPL]])
-* [http://g.oswego.edu/dl/html/malloc.html Doug Lea's Malloc (dlmalloc)] ([[Lizenzen#Public_Domain |Public Domain]])
 == Weblinks ==