في هذه المقالة سوف نفهم إدارة الذاكرة بالتفصيل.
ماذا تقصد بإدارة الذاكرة؟
الذاكرة هي الجزء المهم من جهاز الكمبيوتر الذي يستخدم لتخزين البيانات. تعد إدارتها أمرًا بالغ الأهمية لنظام الكمبيوتر نظرًا لأن مقدار الذاكرة الرئيسية المتوفرة في نظام الكمبيوتر محدود للغاية. في أي وقت، تتنافس عليه العديد من العمليات. علاوة على ذلك، لزيادة الأداء، يتم تنفيذ العديد من العمليات في وقت واحد. لهذا، يجب علينا الاحتفاظ بالعديد من العمليات في الذاكرة الرئيسية، لذلك من المهم جدًا إدارتها بفعالية.
دور إدارة الذاكرة
فيما يلي الأدوار المهمة لإدارة الذاكرة في نظام الكمبيوتر:
- يتم استخدام مدير الذاكرة لتتبع حالة مواقع الذاكرة، سواء كانت فارغة أو مخصصة. إنه يعالج الذاكرة الأساسية من خلال توفير التجريدات بحيث يدرك البرنامج أن الذاكرة الكبيرة مخصصة لها.
- يسمح مدير الذاكرة لأجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على كمية صغيرة من الذاكرة الرئيسية بتنفيذ برامج أكبر من حجم أو مقدار الذاكرة المتوفرة. يقوم بذلك عن طريق نقل المعلومات ذهابًا وإيابًا بين الذاكرة الأساسية والذاكرة الثانوية باستخدام مفهوم المبادلة.
- مدير الذاكرة مسؤول عن حماية الذاكرة المخصصة لكل عملية من التلف بسبب عملية أخرى. إذا لم يتم التأكد من ذلك، فقد يظهر النظام سلوكًا غير متوقع.
- يجب على مديري الذاكرة تمكين مشاركة مساحة الذاكرة بين العمليات. وبالتالي، يمكن لبرنامجين أن يتواجدا في نفس موقع الذاكرة ولكن في أوقات مختلفة.
تقنيات إدارة الذاكرة:
يمكن تصنيف تقنيات إدارة الذاكرة إلى الفئات الرئيسية التالية:
- مخططات إدارة الذاكرة المتجاورة
- مخططات إدارة الذاكرة غير المتجاورة
مخططات إدارة الذاكرة المتجاورة:
في نظام إدارة الذاكرة المتجاورة، يشغل كل برنامج كتلة واحدة متجاورة من مواقع التخزين، أي مجموعة من مواقع الذاكرة ذات عناوين متتالية.
أنظمة إدارة الذاكرة المتجاورة الفردية:
يعد نظام إدارة الذاكرة المتجاورة هو أبسط نظام لإدارة الذاكرة تم استخدامه في الجيل الأول من أنظمة الكمبيوتر. في هذا المخطط، يتم تقسيم الذاكرة الرئيسية إلى منطقتين أو أقسام متجاورة. تتواجد أنظمة التشغيل بشكل دائم في قسم واحد، بشكل عام في الذاكرة السفلية، ويتم تحميل عملية المستخدم في القسم الآخر.
مزايا أنظمة إدارة الذاكرة المتجاورة الفردية:
- بسيطة للتنفيذ.
- سهل الإدارة والتصميم.
- في نظام إدارة الذاكرة المتجاورة، بمجرد تحميل العملية، يتم منحها وقت المعالج الكامل، ولن يقوم أي معالج آخر بمقاطعتها.
مساوئ أنظمة إدارة الذاكرة المتجاورة الفردية:
قراءة ملف CSV في جافا
- إهدار مساحة الذاكرة بسبب الذاكرة غير المستخدمة حيث من غير المرجح أن تستخدم العملية كل مساحة الذاكرة المتوفرة.
- تظل وحدة المعالجة المركزية في وضع الخمول، في انتظار قيام القرص بتحميل الصورة الثنائية في الذاكرة الرئيسية.
- لا يمكن تنفيذه إذا كان البرنامج كبيرًا جدًا بحيث لا يتناسب مع مساحة الذاكرة الرئيسية المتوفرة بالكامل.
- لا يدعم البرمجة المتعددة، أي أنه لا يمكنه التعامل مع عدة برامج في وقت واحد.
التقسيم المتعدد:
يعد نظام إدارة الذاكرة المتجاورة الفردي غير فعال لأنه يحد من قدرة أجهزة الكمبيوتر على تنفيذ برنامج واحد فقط في كل مرة مما يؤدي إلى إهدار مساحة الذاكرة ووقت وحدة المعالجة المركزية. يمكن التغلب على مشكلة الاستخدام غير الفعال لوحدة المعالجة المركزية (CPU) باستخدام البرمجة المتعددة التي تسمح بتشغيل أكثر من برنامج في وقت واحد. للتبديل بين عمليتين، تحتاج أنظمة التشغيل إلى تحميل كلتا العمليتين في الذاكرة الرئيسية. يحتاج نظام التشغيل إلى تقسيم الذاكرة الرئيسية المتوفرة إلى أجزاء متعددة لتحميل عمليات متعددة في الذاكرة الرئيسية. وبالتالي يمكن أن توجد عمليات متعددة في الذاكرة الرئيسية في وقت واحد.
يمكن أن تكون أنظمة التقسيم المتعددة من نوعين:
- التقسيم الثابت
- التقسيم الديناميكي
التقسيم الثابت
تنقسم الذاكرة الرئيسية إلى عدة أقسام ذات حجم ثابت في نظام إدارة ذاكرة القسم الثابت أو التقسيم الثابت. يمكن أن تكون هذه الأقسام بنفس الحجم أو بأحجام مختلفة. يمكن لكل قسم أن يحمل عملية واحدة. يحدد عدد الأقسام درجة البرمجة المتعددة، أي الحد الأقصى لعدد العمليات في الذاكرة. يتم إنشاء هذه الأقسام في وقت إنشاء النظام وتظل ثابتة بعد ذلك.
مزايا أنظمة إدارة ذاكرة التقسيم الثابتة:
- بسيطة للتنفيذ.
- سهل الإدارة والتصميم.
عيوب أنظمة إدارة ذاكرة التقسيم الثابتة:
- ويعاني هذا المخطط من الانقسام الداخلي.
- يتم تحديد عدد الأقسام في وقت إنشاء النظام.
التقسيم الديناميكي
تم تصميم التقسيم الديناميكي للتغلب على مشاكل نظام التقسيم الثابت. في نظام التقسيم الديناميكي، تشغل كل عملية فقط مقدار الذاكرة الذي تتطلبه عند تحميلها للمعالجة. يتم تخصيص الذاكرة للعمليات المطلوبة حتى يتم استنفاد الذاكرة الفعلية بالكامل أو أن المساحة المتبقية غير كافية لإجراء العملية المطلوبة. في هذا المخطط، تكون الأقسام المستخدمة ذات حجم متغير، ولا يتم تحديد عدد الأقسام في وقت إنشاء النظام.
مزايا أنظمة إدارة ذاكرة التقسيم الديناميكي:
- بسيطة للتنفيذ.
- سهل الإدارة والتصميم.
عيوب أنظمة إدارة ذاكرة التقسيم الديناميكي:
- ويعاني هذا المخطط أيضًا من التشرذم الداخلي.
- يتم تحديد عدد الأقسام في وقت تجزئة النظام.
مخططات إدارة الذاكرة غير المتجاورة:
في نظام إدارة الذاكرة غير المتجاورة، يتم تقسيم البرنامج إلى كتل مختلفة ويتم تحميله على أجزاء مختلفة من الذاكرة والتي لا يلزم بالضرورة أن تكون متجاورة مع بعضها البعض. يمكن تصنيف هذا المخطط اعتمادًا على حجم الكتل وما إذا كانت الكتل موجودة في الذاكرة الرئيسية أم لا.
ما هو الترحيل؟
الترحيل هو أسلوب يلغي متطلبات التخصيص المتجاور للذاكرة الرئيسية. في هذا، يتم تقسيم الذاكرة الرئيسية إلى كتل ذات حجم ثابت من الذاكرة الفعلية تسمى الإطارات. يجب أن يظل حجم الإطار بنفس حجم الصفحة لتعظيم الذاكرة الرئيسية وتجنب التجزئة الخارجية.
مزايا الترحيل:
- الصفحات تقلل من التجزئة الخارجية.
- بسيطة للتنفيذ.
- كفاءة الذاكرة.
- ونظرًا للحجم المتساوي للإطارات، يصبح التبديل سهلاً للغاية.
- يتم استخدامه للوصول بشكل أسرع إلى البيانات.
ما هو التقسيم؟
التجزئة هي تقنية تلغي متطلبات التخصيص المتجاور للذاكرة الرئيسية. في هذا، يتم تقسيم الذاكرة الرئيسية إلى كتل متغيرة الحجم من الذاكرة الفعلية تسمى المقاطع. يعتمد على الطريقة التي يتبعها المبرمج في هيكلة برامجه. مع تخصيص الذاكرة المجزأة، يتم تقسيم كل مهمة إلى عدة أجزاء بأحجام مختلفة، واحدة لكل وحدة. تعد الوظائف، والإجراءات الفرعية، والمكدس، والمصفوفة، وما إلى ذلك، أمثلة على هذه الوحدات.