إدارة الذاكرة في نظام التشغيل

إدارة الذاكرة في نظام التشغيل
ما هي إدارة الذاكرة؟
إدارة الذاكرة هي عملية التحكم في ذاكرة الكمبيوتر وتنسيقها، وتعيين أجزاء تعرف باسم الكتل لمختلف البرامج قيد التشغيل لتحسين الأداء العام للنظام.
إنها الوظيفة الأكثر أهمية لنظام التشغيل الذي يدير الذاكرة الأساسية. يساعد العمليات على التحرك ذهابًا وإيابًا بين الذاكرة الرئيسية وقرص التنفيذ. فهو يساعد نظام التشغيل على تتبع كل موقع في الذاكرة، بغض النظر عما إذا كان مخصصًا لبعض العمليات أو أنه يظل مجانيًا.
لماذا استخدام إدارة الذاكرة؟
فيما يلي أسباب استخدام إدارة الذاكرة:
فهو يسمح لك بالتحقق من مقدار الذاكرة التي يجب تخصيصها للعمليات التي تحدد المعالج الذي يجب أن يحصل على الذاكرة وفي أي وقت.
يتتبع متى يتم تحرير المخزون أو عدم تخصيصه. وفقا لذلك سيتم تحديث الحالة.
يخصص المساحة لإجراءات التطبيق.
كما يجب التأكد من عدم تداخل هذه التطبيقات مع بعضها البعض.
يساعد على حماية العمليات المختلفة من بعضها البعض
فهو يضع البرامج في الذاكرة بحيث يتم استخدام الذاكرة إلى أقصى حد.
تقنيات إدارة الذاكرة
فيما يلي بعض أهم تقنيات إدارة الذاكرة:
التخصيص المتجاور الفردي
إنها أسهل تقنية لإدارة الذاكرة. في هذه الطريقة، تكون جميع أنواع ذاكرة الكمبيوتر باستثناء جزء صغير محجوز لنظام التشغيل متاحة لتطبيق واحد. على سبيل المثال، يقوم نظام التشغيل MS-DOS بتخصيص الذاكرة بهذه الطريقة. يعمل النظام المضمن أيضًا على تطبيق واحد.
التخصيص المقسم
يقوم بتقسيم الذاكرة الأساسية إلى أقسام ذاكرة مختلفة، والتي تكون في الغالب مناطق متجاورة من الذاكرة. يقوم كل قسم بتخزين جميع المعلومات الخاصة بمهمة أو وظيفة محددة. تتكون هذه الطريقة من تخصيص قسم لمهمة ما عند بدايتها وعدم تخصيصها عند انتهائها.
إدارة الذاكرة المقسمة إلى صفحات
تقوم هذه الطريقة بتقسيم الذاكرة الرئيسية للكمبيوتر إلى وحدات ذات حجم ثابت تعرف باسم إطارات الصفحة. تقوم وحدة إدارة ذاكرة الأجهزة هذه بتعيين الصفحات إلى إطارات يجب تخصيصها على أساس الصفحة.
إدارة الذاكرة المجزأة
الذاكرة المقسمة هي أسلوب إدارة الذاكرة الوحيد الذي لا يوفر لبرنامج المستخدم مساحة عنوان خطية ومجاورة.
تحتاج المقاطع إلى دعم الأجهزة في شكل جدول مقطعي. يحتوي على العنوان الفعلي للقسم في الذاكرة والحجم والبيانات الأخرى مثل بتات حماية الوصول والحالة.
ما هي المقايضة؟
المبادلة هي طريقة يجب فيها تبديل العملية مؤقتًا من الذاكرة الرئيسية إلى مخزن النسخ. سيتم إعادته لاحقًا إلى الذاكرة لمواصلة التنفيذ.
Backing store عبارة عن قرص صلب أو جهاز تخزين ثانوي آخر يجب أن يكون كبيرًا بما يكفي لاستيعاب نسخ من جميع صور الذاكرة لجميع المستخدمين. كما أنه قادر على توفير وصول مباشر إلى صور الذاكرة هذه.
فوائد المبادلة
فيما يلي الفوائد / الإيجابيات الرئيسية للمبادلة:
يوفر درجة أعلى من البرمجة المتعددة.
يسمح بنقل ديناميكي. على سبيل المثال ، إذا تم استخدام ربط العنوان في وقت التنفيذ ، فيمكن تبديل العمليات في مواقع مختلفة. بخلاف ذلك ، في حالة ارتباطات وقت التجميع والتحميل ، يجب نقل العمليات إلى نفس الموقع.
يساعد في الحصول على استخدام أفضل للذاكرة.
الحد الأدنى من إهدار وقت وحدة المعالجة المركزية عند الانتهاء بحيث يمكن تطبيقها بسهولة على طريقة جدولة قائمة على الأولوية لتحسين أدائها.
ما هو تخصيص الذاكرة؟
تخصيص الذاكرة هو عملية يتم من خلالها تخصيص ذاكرة أو مساحة لبرامج الكمبيوتر.
هنا، يتم تقسيم الذاكرة الرئيسية إلى نوعين من الأقسام
ذاكرة منخفضة - نظام التشغيل يتواجد في هذا النوع من الذاكرة.
ذاكرة عالية- يتم الاحتفاظ بعمليات المستخدم في ذاكرة عالية.
تخصيص التقسيم
يتم تقسيم الذاكرة إلى كتل أو أقسام مختلفة. يتم تخصيص كل عملية وفقا للمتطلبات. يعد تخصيص الأقسام طريقة مثالية لتجنب التجزئة الداخلية.
فيما يلي مخططات تخصيص الأقسام المختلفة:
أولا تناسب: في هذا النوع المناسب، يتم تخصيص القسم، وهو أول كتلة كافية من بداية الذاكرة الرئيسية.
الأنسب: فهو يخصص العملية للقسم الذي يعد أول قسم أصغر بين الأقسام المجانية.
أسوأ ملائمة: ويخصص العملية ل القسم، وهو أكبر قسم متاح مجانًا في الذاكرة الرئيسية.
الملاءمة التالية: وهو مشابه في الغالب للملاءمة الأولى، لكن هذا الملاءمة يبحث عن أول قسم كافٍ من آخر نقطة تخصيص.
ما هو الترحيل؟
الترحيل هو آلية تخزين تسمح لنظام التشغيل باسترداد العمليات من وحدة التخزين الثانوية إلى الذاكرة الرئيسية في شكل صفحات. في طريقة الترحيل، يتم تقسيم الذاكرة الرئيسية إلى كتل صغيرة ذات حجم ثابت من الذاكرة الفعلية، والتي تسمى الإطارات. يجب أن يظل حجم الإطار بنفس حجم الصفحة لتحقيق أقصى استفادة من الذاكرة الرئيسية ولتجنب التجزئة الخارجية. الترحيل يستخدم للوصول بشكل أسرع إلى البيانات، وهو مفهوم منطقي.

ما هو التجزئة؟
يتم تخزين العمليات وإزالتها من الذاكرة، مما يؤدي إلى إنشاء مساحة حرة في الذاكرة، وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن استخدامها بواسطة العمليات الأخرى.

بعد ذلك، في بعض الأحيان، لا تتمكن هذه العمليات من تخصيص كتل الذاكرة نظرًا لصغر حجمها وكتل الذاكرة التي تظل دائمًا غير مستخدمة، وهذا ما يسمى التجزئة. يحدث هذا النوع من المشاكل أثناء نظام تخصيص الذاكرة الديناميكي عندما تكون الكتل الحرة صغيرة جدًا، لذا فهي غير قادرة على تلبية أي طلب.

هناك نوعان من أساليب التجزئة هما:
التجزئة الخارجية
تجزئة داخلية
يمكن تقليل التجزئة الخارجية عن طريق إعادة ترتيب محتويات الذاكرة لوضع كل الذاكرة الحرة معًا في كتلة واحدة.
يمكن تقليل التجزئة الداخلية عن طريق تعيين أصغر قسم، والذي لا يزال جيدًا بما يكفي لتنفيذ العملية بأكملها.
ما هو التقسيم؟
تعمل طريقة التقسيم بشكل مشابه تقريبًا لطريقة الترحيل. والفرق الوحيد بين الاثنين هو أن المقاطع ذات طول متغير، بينما في طريقة الترحيل، تكون الصفحات دائمًا ذات حجم ثابت.
يتضمن مقطع البرنامج الوظيفة الرئيسية للبرنامج، وهياكل البيانات، ووظائف الأداة المساعدة، وما إلى ذلك. ويحتفظ نظام التشغيل بجدول خريطة المقطع لجميع العمليات. ويتضمن أيضًا قائمة بكتل الذاكرة الحرة مع حجمها وأرقام مقاطعها ومواقع ذاكرتها في الذاكرة الرئيسية أو الذاكرة الظاهرية.
ما هو التحميل الديناميكي؟
التحميل الديناميكي هو روتين لبرنامج لا يتم تحميله حتى يستدعيه البرنامج. يجب أن تكون جميع الإجراءات موجودة على القرص بتنسيق تحميل قابل للنقل. سيتم تحميل البرنامج الرئيسي في الذاكرة وسيتم تنفيذه. يوفر التحميل الديناميكي أيضًا استخدامًا أفضل لمساحة الذاكرة.
ما هو الارتباط الديناميكي؟
يعد الارتباط طريقة تساعد نظام التشغيل على جمع ودمج وحدات مختلفة من التعليمات البرمجية والبيانات في ملف واحد قابل للتنفيذ. يمكن تحميل الملف في الذاكرة وتنفيذه. يمكن لنظام التشغيل ربط المكتبات على مستوى النظام ببرنامج يجمع المكتبات في وقت التحميل. في طريقة الارتباط الديناميكي، يتم ربط المكتبات في وقت التنفيذ، بحيث يظل حجم كود البرنامج صغيرًا.
الفرق بين التحميل الثابت والديناميكي
تحميل ثابت تحميل ديناميكي
يتم استخدام التحميل الثابت عندما تريد تحميل برنامجك بشكل ثابت. ثم في وقت الترجمة، سيتم ربط البرنامج بأكمله وتجميعه دون الحاجة إلى أي وحدة خارجية أو تبعية للبرنامج. في البرنامج المحمل ديناميكيًا، سيتم توفير المراجع وسيتم التحميل في وقت التنفيذ.
في وقت التحميل، يتم تحميل البرنامج بأكمله في الذاكرة ويبدأ تنفيذه. يتم تحميل إجراءات المكتبة في الذاكرة فقط عندما تكون مطلوبة في البرنامج.
الفرق بين الارتباط الثابت والديناميكي
فيما يلي الفرق الرئيسي بين الارتباط الثابت والربط الديناميكي:

الارتباط الثابت الارتباط الديناميكي
يتم استخدام الارتباط الثابت لدمج كافة الوحدات الأخرى المطلوبة بواسطة البرنامج في رمز واحد قابل للتنفيذ. وهذا يساعد نظام التشغيل على منع أي تبعية في وقت التشغيل. عند استخدام الارتباط الديناميكي، فإنه لا يحتاج إلى ربط الوحدة أو المكتبة الفعلية بالبرنامج. بدلاً من ذلك، استخدم إشارة إلى الوحدة الديناميكية المتوفرة في وقت التجميع والربط.
نبذة عامة
إدارة الذاكرة هي عملية التحكم في ذاكرة الكمبيوتر وتنسيقها، وتعيين أجزاء تسمى الكتل لمختلف البرامج قيد التشغيل لتحسين الأداء العام للنظام.
فهو يسمح لك بالتحقق من مقدار الذاكرة التي يجب تخصيصها للعمليات التي تحدد المعالج الذي يجب أن يحصل على الذاكرة وفي أي وقت.
في التخصيص المتجاور الفردي، تكون جميع أنواع ذاكرة الكمبيوتر باستثناء جزء صغير محجوز لنظام التشغيل متاحة لتطبيق واحد
تقوم طريقة التخصيص المقسم بتقسيم الذاكرة الأساسية إلى أقسام ذاكرة مختلفة، والتي تكون في الغالب مناطق متجاورة من الذاكرة
تعمل طريقة إدارة الذاكرة المقسمة إلى صفحات على تقسيم الذاكرة الرئيسية للكمبيوتر إلى وحدات ذات حجم ثابت تُعرف باسم إطارات الصفحات
الذاكرة المقسمة هي أسلوب إدارة الذاكرة الوحيد الذي لا يوفر لبرنامج المستخدم مساحة عنوان خطية ومجاورة.
المبادلة هي طريقة يجب فيها تبديل العملية مؤقتًا من الذاكرة الرئيسية إلى مخزن النسخ. سيتم إعادته لاحقًا إلى الذاكرة لمواصلة التنفيذ.
تخصيص الذاكرة هو عملية يتم من خلالها تخصيص ذاكرة أو مساحة لبرامج الكمبيوتر.
الترحيل هو آلية تخزين تسمح لنظام التشغيل باسترداد العمليات من وحدة التخزين الثانوية إلى الذاكرة الرئيسية في شكل صفحات.
تشير التجزئة إلى حالة القرص حيث يتم تقسيم الملفات إلى أجزاء متناثرة حول القرص.
تعمل طريقة التقسيم بشكل مشابه تقريبًا لطريقة الترحيل. والفرق الوحيد بين الاثنين هو أن المقاطع ذات طول متغير، بينما في طريقة الترحيل، تكون الصفحات دائمًا ذات حجم ثابت.
التحميل الديناميكي هو روتين لبرنامج لا يتم تحميله حتى يستدعيه البرنامج.
يعد الارتباط طريقة تساعد نظام التشغيل على جمع ودمج وحدات مختلفة من التعليمات البرمجية والبيانات في ملف واحد قابل للتنفيذ.
لكم خالص تحياتى وتقديرى
الدكتور علـى

طرح جميل
يعطيك العافيه

شكراً لك
بإنتظار الجديد القادم
دمت بكل خير

-


شُكرًا على جمـال طرحك المميز
لا حرمنا الله من إبداعك المُستمر
و الله يعطيكِ الف عافيه .
لك

يعطيـك ـآلـعـآفيـهَ على جمَـآل طرحـكٌ..||~
د ـآم عطـآئكٌ ../..ورؤعـة تمَـيـزكٌ..~
وديٌ لــروحـكٌ ,

انتقاء رائع ومتفّرد
وعطاء بآذخ لامس سماءالابدآع
دمت ي طٌهر