Вопрос или проблема
Нужно понять концепцию виртуальной памяти.
Когда процесс запрашивает маппинг на 2 ГБ в виртуальной памяти в Linux-среде с объемом 4 ГБ (1 ГБ ядро: 3 ГБ пространство пользователя), когда уже другой процесс удерживает маппинг на 2 ГБ.
Как проходит маппинг стека, кучи, сегментов данных?
Я не могу найти пример для своего понимания. Учебник описывает каждый маппинг по отдельности, но не дает практического подхода.
Допустим, что у нас есть 3 ГиБ доступного виртуального адресного пространства и что текст процесса, стек, куча и предыдущие маппинги памяти вместе занимают лишь небольшое количество адресного пространства (намного меньше 1 ГиБ). Тогда если этот процесс запрашивает маппинг размером 2 ГБ, то это не проблема, есть достаточно места, чтобы вместить этот маппинг.
(На самом деле, есть один небольшой случай, когда это не так: если существующие маппинги процесса были фрагментированы и разбросаны по адресному пространству, и не было доступного непрерывного диапазона адресов размером 2 ГБ. Но это маловероятно).
Наличие или отсутствие маппингов в адресном пространстве другого процесса никак не связано с этим.
Ответ или решение
Теория виртуальной памяти
Виртуальная память— это фундаментальная концепция в современных операционных системах, позволяющая абстрагировать физическую память (ОЗУ) от программ, которые её используют. Основной принцип работы такой системы заключается в создании иллюзии наличия у процесса своего собственного непрерывного адресного пространства, тогда как реальная физическая память может быть ограничена.
Основные компоненты виртуальной памяти включают:
- Стек (Stack): используется для хранения временных данных, таких как вызовы функций, адреса возврата, локальные переменные.
- Куча (Heap): управляемая область памяти, выделяемая динамически во время выполнения программы для размещения объектов и структур данных.
- Сегменты данных и текст (Data and Text Segments): сегменты содержащие статически и глобально определённые переменные, а также исполняемый код программы.
В системе Linux, если предположить, что размер виртуального адресного пространства составляет 4 ГБ (из которых 1 ГБ выделяется под ядро системы, а 3 ГБ – для пользовательского пространства), процессы могут эффективно использовать память, создавая иллюзию наличия отдельного пространства адресации для каждого процесса.
Пример запроса 2 ГБ в Linux
Теперь рассмотрим конкретный случай, описанный в вопросе: имеется процесс, который запрашивает 2 ГБ маппинга в виртуальной памяти. По умолчанию, всеми процессами управляет один и тот же адресный планировщик ядра, и каждый процесс имеет своё индивидуальное виртуальное адресное пространство.
Для простоты представим, что у нас есть доступные 3 ГБ в пользовательском пространстве. Если другой процесс использует 2 ГБ пользовательской области, это не мешает первому процессу создать маппинг в 2 ГБ, так как каждый процесс видит своё виртуальное пространство и не "знает" о других процессах в системе.
Применение теории на практике
-
Выделение памяти в условиях фрагментации: Решение задачи, когда адресное пространство фрагментировано, требует совпадения непрерывного блока 2 ГБ. Хотя в большинстве случаев фрагментация в рамках одного процесса незначительна, в сложно нагруженных системах может возникнуть проблема. Современные операционные системы обладают механизмами для энергичного маппинга, перелия или слияния фрагментированных блока.
-
Изолированность адресных пространств: Любая конфигурация в одном адресном пространстве сама по себе ничего не говорит о конфигурации другого процесса. Это означает, что процессы вообще не "взаимодействуют" с точки зрения их виртуальных адресных пространств.
-
Изменение размера стека и кучи: Стек имеет тенденцию расти вниз, в то время как куча может расширяться вверх. Если процесс запрашивает 2 ГБ для кучи, а место для кучи ограничено пространственными возможностями других сегментов (например, стекая или текстовых сегментов), операционная система выполнит операции по наложению и изменению адресного плана системы.
Заключение
При разработке и администрировании сложных систем важно понимание механики и управлении виртуальной памяти для обеспечения эффективности системы. Познание работы операционной системы позволит решать прикладные задачи, такие как оптимизация использования памяти, предотвращение утечек и повышенное управление ресурсами. Таким образом виртуальная память и её продубеждение в современных системах операционной системы становится одним из ключевых навыков, необходимых профессионалам в IT-сфере.