Sanal Bellek, Virtual Memory
Todo
Henüz bitmemiştir.
35-1.27.40
Sanal bellek (virtual memory) bir programın tamamının değil belli kısmının belleğe yüklenerek disk ile RAM arasında yer değiştirmeli bir biçimde çalıştırılmasına yönelik bir mekanizmadır. Bu mekanizma sayesinde örneğin 100 MB’lık bir programın başlangıçta yalnızca 64K’lık kısmı RAM’e yüklenebilir. Sonra program çalışmaya başlar. Çalışma sırasında programın bellekte olmayan bir kısmına erişildiğinde işletim sistemi programın bellekte olmayan kısmını o anda diskten belleğe yükler ve çalışma kesintisiz devam ettirilir. Ayrıca gündelik hayatta sanal adres mekanizması da sanal bellek olarak adlandırılabilmektedir. Bu paragrafta aslında biraz da ileride konuşacağımız swap mekanizması ağırlıklı bir açıklama yaptık.
Şu aşamada detay olabilir belki ama Linux’ta Working Set denilen bir kavram vardır. Bir prosesin kaç sayfasının gerçekten fiziksel bellekte olduğunu gösteren bir kavramdır. [1] Bildiğim kadarıyla kernelde bir proses başlatıldığında kaç adet sayfanın fiziksel belleğe yüklenebileceğini belirleyebiliyoruz (initial working set size ?). Bu kavramlar yine ağırlıklı swap ve page fault gibi terimlerle alakalı.
Swap In/Out
35-1.40.40
Sanal bellek kullanımında yine fiziksel RAM sayfalara ayrılır. Her sayfaya bir numara verilir. İşletim sistemi RAM’in hangi sayfasının hangi programın neresini tuttuğunu bir biçimde oluşturduğu veri yapılarıyla bilir duruma gelir. Bir programın RAM’de olmayan bir sayfasının diskten RAM’e yüklenmesine swap in denilmektedir. Ancak zamanla RAM’deki tüm fiziksel sayfalar dolu duruma gelebilir. Bu durumda işletim sistemi bir programın bir parçasını RAM’e çekebilmek için RAM’deki bir sayfayı da RAM’dan atmak durumunda kalır. Bu işleme ise swap out denilmektedir. Tabii işletim sistemi hangi programın RAM’deki hangi sayfasının boşaltılacağı konusunda iyi bir karar vermek durumundadır. İşletim sistemine göre gelecekte kullanılma olasılığı en düşük olan sayfanın RAM’den atılması en iyi stratejidir.
Bu durumda bir program çalışırken aslında sürekli bir biçimde disk ile RAM arasında yer değiştirmeler yapılmaktadır. Bu yer değiştirmelere genel olarak işletim sistemi dünyasında swap işlemi denilmektedir. Şüphesiz swap işlemi yavaş bir işlemdir ve toplam performans üzerinde en önemli zayıflatıcı etkilerden birini oluşturmaktadır. Swap işlemlerinin olumsuz etkisini azaltmak için ilk akla gelen şey fiziksel RAM’i büyütmektir. Ancak fiziksel RAM’in büyütülmesi maliyet oluşturmaktadır. Bugünkü SSD’ler hard disklere göre oldukça iyi performans göstermektedir. Dolayısıyla bilgisayarımızda hard disk yerine SSD varsa swap işlemleri daha hızlı yürütülecektir. Şüphesiz en önemli unsur aslında sayfaların yer değiştirilmesi konusunda uygulanan algoritmalardır. Bunlara page replacement algoritmaları denilmektedir. Tabii bugünkü işletim sistemleri bilinen en iyi algoritmaları zaten kullanmaktadır.
35-1.51.30
Pekiyi işletim sistemi programın RAM’de olmayan bir sayfasını yüklemek
istediğinde RAM’den sayfa boşaltacağı zaman boşaltılacak sayfa üzerinde daha
önce yazma işlemleri (update) yapıldıysa ne olacaktır? İçeriği değiştirilmiş
olan sayfanın RAM’den atılırken mecburen diskte saklanması gerekir. İşte işletim
sistemleri bu işlemler için diskte ismine swap file ya da page file
denilen dosyalar tutmaktadır. Değiştirilmiş olan sayfaları bu dosyalara
yazmaktadır. Linux işletim sistemi swap alanı olarak genellikle ayrı bir disk
bölümünü kullanmaktadır. Ancak herhangi bir dosya da swap dosyası olarak
kullanılabilmektedir. Kullanılacak swap disk alanının ya da dosyalarının toplamı
bazen önemli olabilir. Çünkü sistemin toplam sanal bellek kapasitesi bu swap
dosyalarıyla da ilgilidir. Linux sistemlerinde o andaki toplam swap alanları
/proc/swaps dosyasından elde edilebilir. Ya da swapon -s komutuyla aynı
bilgi elde edilebilir.
Pekiyi sistemin kullandığı swap alanı dolarsa ne olur? İşte bu durumda sistemin sanal bellek limiti dolmuş kabul edilir. Yapılacak şey sisteme yeni swap alanları eklemektir. Bunu anlatan tonla kaynak vardır.
Pekiyi işletim sistemi programı belleğe yüklerken baştan kaç sayfayı yüklemektedir? İşte buna minimum working set, (initial working set size ?) denilmektedir. İşletim sistemleri genel olarak bir program için en az yüklenebilecek sayfa sayısını belirlemiş durumdadır. Böylece yüklenmiş her programın en azından “minimum working set” kadar sayfası RAM’de bulunmak zorundadır.
Kaynaklar
Kaynaklar fakat ağırlıklı CSD notları.
Videolar:
Todo
https://www.brendangregg.com/wss.html adresindekine benzer deneyler yapabilirsin.
💭 Comments
Comments are provided by giscus. You need to use and authenticate your GitHub account to post a comment. Comments are stored on the Github Discussions.
e859a822-bee2-4366-9c19-37ffbac5b2de