| [gesichtete Version] | [gesichtete Version] |
Kwastg (Diskussion | Beiträge) Keine Bearbeitungszusammenfassung |
K (Physikalisch -> Physisch. Siehe: https://www.freist.de/itblog/archives/2010/06/entry_16.html) |
||
| Zeile 1: | Zeile 1: | ||
<p> | <p> | ||
<loop_index id="5fa978690e83c">MMU|Memory Management Unit</loop_index>Die '''Memory Management Unit''', kurz '''MMU''', ist eine Hardware-Komponente, welche üblicherweise direkt auf der CPU beheimatet ist. Sie unterstützt das Betriebssystem bei der <loop_index id="5fa978690e850">Verwaltung Hauptspeicher|Hauptspeicher, Verwaltung mit MMU</loop_index>Verwaltung des Hauptspeichers, und trägt so zu einer größeren Flexibilität und besseren Ausnutzung des vorhandenen <loop_index id="5fa978690e860"> | <loop_index id="5fa978690e83c">MMU|Memory Management Unit</loop_index>Die '''Memory Management Unit''', kurz '''MMU''', ist eine Hardware-Komponente, welche üblicherweise direkt auf der CPU beheimatet ist. Sie unterstützt das Betriebssystem bei der <loop_index id="5fa978690e850">Verwaltung Hauptspeicher|Hauptspeicher, Verwaltung mit MMU</loop_index>Verwaltung des Hauptspeichers, und trägt so zu einer größeren Flexibilität und besseren Ausnutzung des vorhandenen <loop_index id="5fa978690e860">physischer Speicher|Speicher, physischer</loop_index>physischen Speichers (<loop_index id="5fa978690e86f">RAM</loop_index>RAM) bei. | ||
</p> | </p> | ||
| Zeile 57: | Zeile 57: | ||
<br /> | <br /> | ||
== Definition: | == Definition: Physischer Speicher == | ||
<p> | <p> | ||
<loop_area type="definition"> | <loop_area type="definition"> | ||
<p> | <p> | ||
Unter dem ''' | Unter dem '''physischen Speicher eines Computers''' versteht man den tatsächlich in dieses Gerät verbauten Speicher, soweit er direkt von der CPU oder der MMU angesprochen werden kann. | ||
</p> | </p> | ||
</loop_area> | </loop_area> | ||
| Zeile 85: | Zeile 85: | ||
<loop_area type="important"> | <loop_area type="important"> | ||
<p> | <p> | ||
Der | Der physische Speicher bezieht sich auf den Computer, während der virtuelle Speicher auf einen Prozess bezogen wird! | ||
</p> | </p> | ||
</loop_area> | </loop_area> | ||
| Zeile 97: | Zeile 97: | ||
<br /> | <br /> | ||
== Definition: | == Definition: Physische Speicheradresse == | ||
<p> | <p> | ||
<loop_index id="5fa978690e8b9"> | <loop_index id="5fa978690e8b9">Physische Speicheradresse|Physische Adresse|Speicheradresse, physisch|Adresse, physisch</loop_index> | ||
<loop_area type="definition"> | <loop_area type="definition"> | ||
<p> | <p> | ||
Unter einer ''' | Unter einer '''physischen Speicheradresse''' versteht man eine Adresse innerhalb des physischen Speichers eines Rechners. | ||
</p> | </p> | ||
</loop_area> | </loop_area> | ||
| Zeile 124: | Zeile 124: | ||
<loop_task title="Eindeutig oder mehrdeutig?" id="5fa978690e8d7"> | <loop_task title="Eindeutig oder mehrdeutig?" id="5fa978690e8d7"> | ||
<p> | <p> | ||
Eine | Eine physische Adresse ist eindeutig, d.h. es gibt sie nur einmal pro Rechner. Wie ist das bei einer virtuellen Adresse? Ist diese auch eindeutig, oder ist sie mehrdeutig? Erläutere! | ||
</p> | </p> | ||
</loop_task> | </loop_task> | ||
| Zeile 134: | Zeile 134: | ||
<p> | <p> | ||
<loop_index id="5fa978690e8e5">MMU, Arbeitsweise</loop_index><loop_index id="5fa978695f978">Arbeitsweise, MMU</loop_index> | <loop_index id="5fa978690e8e5">MMU, Arbeitsweise</loop_index><loop_index id="5fa978695f978">Arbeitsweise, MMU</loop_index> | ||
Wie im [http://youtu.be/PpyWObQw70o Video] zu sehen ist, wird durch die Einführung einer Memory Management Unit das Betriebssystem bei der Umrechnung von virtuellen in | Wie im [http://youtu.be/PpyWObQw70o Video] zu sehen ist, wird durch die Einführung einer Memory Management Unit das Betriebssystem bei der Umrechnung von virtuellen in physische Speicheradressen unterstützt. Da die MMU als Hardware auf genau diese Tätigkeit optimiert wurde, kann sie diese Umrechnung sehr viel schneller durchführen, und so bei jedem einzelnen Hauptspeicherzugriff einen Geschwindigkeitsvorteil erzielen. | ||
</p> | </p> | ||
| Zeile 151: | Zeile 151: | ||
<loop_task title="Umrechnung und was noch?" id="5fa978690e8f2"> | <loop_task title="Umrechnung und was noch?" id="5fa978690e8f2"> | ||
<p> | <p> | ||
Eine der Aufgaben der MMU ist die Umrechnung von virtuellen in | Eine der Aufgaben der MMU ist die Umrechnung von virtuellen in physische Speicheradressen. Aber das kann noch nicht alles sein. Denk' mal daran, was durch die MMU auf der CPU alles weggefallen ist. | ||
</p> | </p> | ||
<p> | <p> | ||
| Zeile 166: | Zeile 166: | ||
<loop_task title="Virtuelle Größen" id="5fa978690e900"> | <loop_task title="Virtuelle Größen" id="5fa978690e900"> | ||
<p> | <p> | ||
Ein Computer besitzt 2 GiB | Ein Computer besitzt 2 GiB physischen Speicher. Jeder gestartete Prozess besitzt 4 GiB virtuellen Speicher. Die typische Größe einer einzelnen virtuellen Seite bei Verwendung der virtuellen Speicherverwaltung beträgt 4 KiB. | ||
* Wie groß ist dann ein einzelner Seitenrahmen des | * Wie groß ist dann ein einzelner Seitenrahmen des physischen Speichers? | ||
* In wieviele Seiten ist der gesamte virtuelle Speicher eines Prozesses unterteilt? | * In wieviele Seiten ist der gesamte virtuelle Speicher eines Prozesses unterteilt? | ||
* Wieviele Seitenrahmen gibt es im | * Wieviele Seitenrahmen gibt es im physischen Speicher insgesamt? | ||
* Wieviele Speicherzellen zu je 8 Bit (= 1 Byte) besitzt ein einzelner Seitenrahmen des | * Wieviele Speicherzellen zu je 8 Bit (= 1 Byte) besitzt ein einzelner Seitenrahmen des physischen Speichers? | ||
* Wieviele Speicherzellen zu je 8 Bit (= 1 Byte) besitzt eine einzelne Seite des virtuelle Speichers? | * Wieviele Speicherzellen zu je 8 Bit (= 1 Byte) besitzt eine einzelne Seite des virtuelle Speichers? | ||
</p> | </p> | ||
| Zeile 191: | Zeile 191: | ||
* Funktioniert Swapping deiner Meinung nach auch bei der virtuellen Speicherverwaltung? | * Funktioniert Swapping deiner Meinung nach auch bei der virtuellen Speicherverwaltung? | ||
* Falls ja: Sollten dann die leeren Seiten auch ausgelagert werden? | * Falls ja: Sollten dann die leeren Seiten auch ausgelagert werden? | ||
* Ist es bei der virtuellen Speicherverwaltung vielleicht auch möglich, dass nur einzelne Seitenrahmen aus- und später wieder eingelagert werden, während die restlichen Seitenrahmen die ganze Zeit im | * Ist es bei der virtuellen Speicherverwaltung vielleicht auch möglich, dass nur einzelne Seitenrahmen aus- und später wieder eingelagert werden, während die restlichen Seitenrahmen die ganze Zeit im physischen Speicher verbleiben?<br /><small>(Das wäre dann eine große Änderung zum Swapping, da hier immer der '''komplette''' Prozess ausgelagert werden musste.)</small> | ||
</p> | </p> | ||
</loop_task> | </loop_task> | ||
</loop_area> | </loop_area> | ||
</p> | </p> | ||
Die Memory Management Unit, kurz MMU, ist eine Hardware-Komponente, welche üblicherweise direkt auf der CPU beheimatet ist. Sie unterstützt das Betriebssystem bei der Verwaltung des Hauptspeichers, und trägt so zu einer größeren Flexibilität und besseren Ausnutzung des vorhandenen physischen Speichers (RAM) bei.
Bevor die konkrete Arbeitsweise der MMU erläutert wird, sei kurz an den bisherigen Stand der Hauptspeicherverwaltung erinnert:
Die bisher betrachtete Hauptspeicherverwaltung hat mit Hilfe des Basisregisters jeweils zusammenhängende Speicherbereiche für jeden im RAM eingelagerten Prozess zugreifbar gemacht. Der Speicherschutz wurde mit Hilfe des Limitregisters realisiert.
Nachteilig, weil wenig flexibel, ist hierbei der Zwang zum zusammenhängenden Speicherbereich. Es muss bereits ganz zu Beginn festgelegt werden, wie groß dieser Speicherbereich ist. Nachträgliche Änderungen dieser Größe (d.h. zur Laufzeit des betreffenden Prozesses) sind zwar nicht unmöglich, aber i.d.R. sehr zeitintensiv und damit in der Durchführung nicht zu empfehlen.
Um eine Flexibilisierung der Speicherverwaltung zu erreichen, wurden in Betriebssystemen Konzepte einer virtuellen Speicherverwaltung integriert. Die bereits von vorangegangenen Seiten bekannte Forderung wird hier wiederholt:
Wir brauchen ein Betriebssystem!
Und eine der Aufgaben des Betriebssystems wird die Verwaltung des Hauptspeichers und die Versorgung aller Prozesse mit benötigten Teilen des Hauptspeichers sein.
Die virtuelle Speicherverwaltung kann sehr kompliziert erscheinen, wenn man sie allein durch Worte und ein paar Abbildungen beschreiben, bzw. verstehen soll. Glücklicherweise gibt es das folgende Video, welches die Grundlagen anschaulich zeigt.
Wenn Sie dieses Element öffnen, werden Inhalte von externen Dienstleistern geladen und dadurch Ihre IP-Adresse an diese übertragen.
Aus dem Video folgen einige Definitionen:
Unter dem physischen Speicher eines Computers versteht man den tatsächlich in dieses Gerät verbauten Speicher, soweit er direkt von der CPU oder der MMU angesprochen werden kann.
Unter dem virtuellen Speicher eines Prozesses versteht man den Speicherbereich, der einem Prozess durch das Betriebssystem zur Verfügung gestellt wird.
Man bemerke hier eine entscheidende Kleinigkeit in den Definitionen:
Der physische Speicher bezieht sich auf den Computer, während der virtuelle Speicher auf einen Prozess bezogen wird!
Da bei den vorangegangenen Definitionen der Speicher an sich unterschieden wurde, gibt es auch bzgl. der Speicheradressen eine Unterscheidung:
Unter einer physischen Speicheradresse versteht man eine Adresse innerhalb des physischen Speichers eines Rechners.
Unter einer virtuellen Speicheradresse versteht man eine Adresse innerhalb des virtuellen Speichers eines Prozesses.
Eine physische Adresse ist eindeutig, d.h. es gibt sie nur einmal pro Rechner. Wie ist das bei einer virtuellen Adresse? Ist diese auch eindeutig, oder ist sie mehrdeutig? Erläutere!
Wie im Video zu sehen ist, wird durch die Einführung einer Memory Management Unit das Betriebssystem bei der Umrechnung von virtuellen in physische Speicheradressen unterstützt. Da die MMU als Hardware auf genau diese Tätigkeit optimiert wurde, kann sie diese Umrechnung sehr viel schneller durchführen, und so bei jedem einzelnen Hauptspeicherzugriff einen Geschwindigkeitsvorteil erzielen.
Basis- und Limitregister fallen durch den Einsatz der MMU weg. Sie werden nicht mehr benötigt.
Eine der Aufgaben der MMU ist die Umrechnung von virtuellen in physische Speicheradressen. Aber das kann noch nicht alles sein. Denk' mal daran, was durch die MMU auf der CPU alles weggefallen ist.
Was ist also eine weitere Aufgabe der MMU?
Ein Computer besitzt 2 GiB physischen Speicher. Jeder gestartete Prozess besitzt 4 GiB virtuellen Speicher. Die typische Größe einer einzelnen virtuellen Seite bei Verwendung der virtuellen Speicherverwaltung beträgt 4 KiB.
Gib jeweils kurz den Rechenweg mit an!
Hier findest du Hinweise zu den Schreibweisen GiB und KiB.
Swapping kennst du bereits. Es bezeichnet das Aus- und Einlagern eines kompletten Prozesses. Diskutiere die folgenden Fragen in deiner Lerngruppe: