3.3.2 Swapping und Paging

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Der Begriff ''Swapping'' ist bereits aus [[Swapping: Aus- und Einlagern von kompletten Prozessen|einem vorangegangenen Kapitel]] bekannt. Seine Definition sei hier kurz wiederholt:
Der Begriff ''Swapping'' ist bereits aus [[Swapping: Aus- und Einlagern von kompletten Prozessen|einem vorangegangenen Kapitel]] bekannt. Seine Definition sei hier kurz wiederholt:
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==== Definition: Swapping ====
== Definition: Swapping ==
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{{#index:Swapping}}
<loop_index id="5fa97882023fd">Swapping</loop_index>
<loop_area type="definition">
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Es soll an dieser Stelle klar werden, dass Swapping rein gar nichts mit der virtuellen Speicherverwaltung zu tun hat.
Es soll an dieser Stelle klar werden, dass Swapping rein gar nichts mit der virtuellen Speicherverwaltung zu tun hat.
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'''Swapping''' kommt nur bei Betriebssystemen zum Einsatz, die '''keine virtuelle Speicherverwaltung''' unterstützen!
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Kommt in einem Betriebssystem die virtuelle Speicherverwaltung mit Hilfe der MMU zum Einsatz, so gibt es eine alternative Technik, das sogenannte '''Paging''', welches wesentlich flexibler als Swapping agiert.
Kommt in einem Betriebssystem die virtuelle Speicherverwaltung mit Hilfe der MMU zum Einsatz, so gibt es eine alternative Technik, das sogenannte '''Paging''', welches wesentlich flexibler als Swapping agiert.
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==== Definition: Paging ====
 
== Definition: Paging ==
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{{#index:Paging}}
<loop_index id="5fa9788202406">Paging</loop_index>
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<loop_area type="definition">
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Wenn in der Definition des Begriffs ''Paging'' [[Swapping_und_Paging#Definition:_Paging|oben]] von ''Teilen eines Prozesses'' die Rede ist, dann ist klar, dass:
Wenn in der [[Swapping_und_Paging#Definition:_Paging|Definition des Begriffs Paging]] von ''Teilen eines Prozesses'' die Rede ist, dann ist klar, dass:
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<loop_area type="notice">
<loop_area type="notice">
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Beim Paging werden virtuelle Seiten in einen physikalischen Seitenrahmen eingelagert, oder aus diesem in den Hintergrundspeicher ausgelagert.
Beim Paging werden virtuelle Seiten in (physikalische) Seitenrahmen eingelagert, oder aus Seitenrahmen in den Hintergrundspeicher ausgelagert.
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Bei der Durchführung des Paging können die bereits erwähnten '''Seitenfehler''' ('''Page faults''') auftreten. Weiterhin wird ein sogenanntes '''Seitenersetzungsverfahren''' angewendet. Beides wird in folgenden Kapiteln näher betrachtet.
Bei der Durchführung des Paging können die bereits erwähnten '''Seitenfehler''' ('''Page faults''') auftreten. Weiterhin wird ggf. ein sogenanntes '''Seitenersetzungsverfahren''' angewendet. Beides wird in folgenden Kapiteln näher betrachtet.
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Zunächst noch einige Aufgaben:
Zunächst noch einige Aufgaben:
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==== Aufgabe 1 ====
 
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<loop_area type="task">
<loop_area type="task">
<loop_task title="Swapping vs. Paging I">
<loop_task title="Swapping vs. Paging I" id="5fa978820240d">
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Erläutere die Unterschiede zwischen Swapping und Paging!
Erläutere die Unterschiede zwischen Swapping und Paging!
* Wann kommt welche Technik zum Einsatz?
* Wann kommt welche Technik zum Einsatz?
* Wie funktioniert die jeweilige Technik?
* Wie funktioniert die jeweilige Technik?
* Was hat der [[DMA-Controller]] damit zu tun?
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* Was hat der [[DMA-Controller]] mit Swapping bzw. Paging zu tun?
* Was hat Swapping mit einer Seitentabelle zu tun?
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==== Aufgabe 2 ====
 
== Aufgabe 2 ==
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<loop_area type="task">
<loop_area type="task">
<loop_task title="Swapping vs. Paging II">
<loop_task title="Swapping vs. Paging II" id="5fa9788202415">
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Erläutere in deiner Lerngruppe:
Ergänze die folgenden Sätze:
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==== Aufgabe 3 ====
 
== Aufgabe 3 ==
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<loop_area type="task">
<loop_area type="task">
<loop_task title="Paging und die Seitentabelle">
<loop_task title="Paging und die Seitentabelle" id="5fa978820241c">
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Ein (virtuelle) Seite befinde sich derzeit in einem Seitenrahmen eingelagert. Das Betriebssystem möchte diese Seite nun in den Hintergrundspeicher auslagern.
Eine (virtuelle) Seite befinde sich derzeit in einem Seitenrahmen eingelagert. Das Betriebssystem möchte diese Seite nun in den Hintergrundspeicher auslagern.
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Aktuelle Version vom 10. November 2020, 13:55 Uhr

Der Begriff Swapping ist bereits aus einem vorangegangenen Kapitel bekannt. Seine Definition sei hier kurz wiederholt:


Definition: Swapping

Definition

Unter Swapping versteht man das Aus- bzw. Einlagern eines kompletten Prozesses.


Es soll an dieser Stelle klar werden, dass Swapping rein gar nichts mit der virtuellen Speicherverwaltung zu tun hat.


Hinweis

Swapping kommt nur bei Betriebssystemen zum Einsatz, die keine virtuelle Speicherverwaltung unterstützen!


Kommt in einem Betriebssystem die virtuelle Speicherverwaltung mit Hilfe der MMU zum Einsatz, so gibt es eine alternative Technik, das sogenannte Paging, welches wesentlich flexibler als Swapping agiert.


Definition: Paging

Definition

Unter Paging versteht man das Ein- bzw. Auslagern von Teilen eines Prozesses.


Aus den vorangegangenen Kapiteln ist ja bereits bekannt, dass man es bei der virtuellen Speicherverwaltung mit (virtuellen) Seiten bzw. (physikalischen) Seitenrahmen zu tun hat.

Eine Seite enthält einen bestimmten Teil eines Prozesses. Die Gesamtheit aller Seiten eines Prozesses repräsentiert somit den kompletten Prozess.

Eine (virtuelle) Seite kann einerseits in einem (physikalischen) Seitenrahmen eingelagert sein. Dann befindet sich die Seite im RAM und der zugehörige Prozess kann auf die Befehle und/oder Daten innerhalb der Seite zugreifen. Zum Einsatz kommt hier die Adressumrechnung mit Hilfe von MMU und Seitentabelle.

Andererseits kann eine (virtuelle) Seite auf einen Hintergrundspeicher (wie beispielsweise die Festplatte) ausgelagert sein. In diesem Fall steht die Seite nicht im RAM zur Verfügung, ein Zugriff des zugehörigen Prozesses auf Befehle/Daten schlägt fehl, es kommt zu einem sogenannten Page fault (Seitenfehler).

Die ausgelagerte Seite muss nun zunächst vom Hintergrundspeicher in einen Seitenrahmen eingelagert werden. Anschließend kann die Adressumrechnung mit Hilfe von MMU und Seitentabelle erfolgreich durchgeführt werden.

Wenn in der Definition des Begriffs Paging von Teilen eines Prozesses die Rede ist, dann ist klar, dass:


Hinweis

Beim Paging werden virtuelle Seiten in (physikalische) Seitenrahmen eingelagert, oder aus Seitenrahmen in den Hintergrundspeicher ausgelagert.


Bei der Durchführung des Paging können die bereits erwähnten Seitenfehler (Page faults) auftreten. Weiterhin wird ggf. ein sogenanntes Seitenersetzungsverfahren angewendet. Beides wird in folgenden Kapiteln näher betrachtet.

Zunächst noch einige Aufgaben:


Aufgabe 1

Aufgabe
 Aufg. 161: Swapping vs. Paging I

Erläutere die Unterschiede zwischen Swapping und Paging!

  • Wann kommt welche Technik zum Einsatz?
  • Wie funktioniert die jeweilige Technik?

  • Was hat der DMA-Controller mit Swapping bzw. Paging zu tun?
  • Was hat Swapping mit einer Seitentabelle zu tun?


Aufgabe 2

Aufgabe
 Aufg. 162: Swapping vs. Paging II

Ergänze die folgenden Sätze:

  • Ein Prozess, der durch Swapping ausgelagert ist, kann nicht auf der CPU ausgeführt werden, weil...

  • Ein Prozess, der durch Paging teilweise ein- und teilweise ausgelagert ist, kann auf der CPU solange laufen, wie nur auf ... zugegriffen wird.


Aufgabe 3

Aufgabe
 Aufg. 163: Paging und die Seitentabelle

Eine (virtuelle) Seite befinde sich derzeit in einem Seitenrahmen eingelagert. Das Betriebssystem möchte diese Seite nun in den Hintergrundspeicher auslagern.

  • Wie sieht der Seitentabelleneintrag für die betreffende Seite aus, solange die Seite noch eingelagert ist?

  • Welche Änderung muss das Betriebssystem an dem betreffenden Seitentabelleneintrag vornehmen, sobald die Seite ausgelagert wurde?


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