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Writerside/topics/BS/13_Speicherverwaltung.md

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+# Speicherverwaltung
+## Speicherhierarchie
+### Registers
+- schnellste und kleinste Form des Speichers
+  - direkt in Prozessor
+- Speicherung temporärer Daten und Zwischenergebnisse
+
+### Cache
+- kleinerer, schnellerer Speicher
+- zwischen Register und RAM
+
+### Hauptspeicher (RAM)
+- physischer Speicher
+- Prozessor kann direkt zugreifen
+
+### Virtueller Speicher
+- langsamerer Speicher
+- Erweiterung des RAMs
+
+## Speicheradressierung
+- Prozess, durch den ein Computer auf den physischen/virtuellen Speicher zugreift
+
+| **Physische Adressierung**                                    | **Logische Adressierung**                    |
+|---------------------------------------------------------------|----------------------------------------------|
+| direkter Zugriff auf bestimmten Speicherort im physischen RAM | Adresse von Prozess generiert                |
+| physische Adresse = tatsächliche Adresse des Speicherorts     | wird später in physische Adresse umgewandelt |
+|                                                               | **Virtuelle Adressierung**                   |
+
+
+## Speicherpartitionierung
+- Aufteilung des physischen Speichers in logische Abschnitte
+  - können von verschiedenen Teilen des Systems genutzt werden
+- Mögliche Zwecke:
+  - Betriebssystemcode
+  - Anwendungsdaten
+  - Temporäre Variablen
+  - ...
+
+### Statische Partitionierung
+![image_281.png](image_281.png)
+- Aufteilung in Partitionen gleicher / unterschiedlicher Größe
+  - im Idealfall möglichst passgenau
+    - möglichst wenig interne Fragmentierung
+  - Falls unterschiedliche Größe
+    - BS verwaltet Warteschlange
+      - | eigene für jede Partition                              | eine für alle |
+        |--------------------------------------------------------|---------------|
+        | :( bestimmte Partitionen werden seltener/nie verwendet |               |
+- Nachteil:
+  - zwangsläufig interne Fragmentierung
+    - sehr ineffizient
+![image_282.png](image_282.png)
+
+## Dynamische Partitionierung
+- BS weist jedem Prozess eine zusammenhängende Partition zu
+  - mit exakt benötigter Größe
+  - dabei auch Fragmentierung
+- Darstellung des Speichers durch BS als verkettete Liste
+  - Kennzeichnung, ob frei/belegt
+  - Startadresse
+  - Länge
+  - Zeiger auf nächsten Eintrag
+
+- Unterschiedliche Zuteilungskonzepte
+  - wie sucht/findet das BS einen freien Speicherbereich
+  - **First Fit**
+    - sucht bei jeder Anforderung ab Anfang des Adressraums
+  - **Next Fit**
+    - sucht ab letzter Zuweisung
+  - **Best Fit**
+    - Sucht immer den freien Bereich, der am besten zur Anforderung passt
+      - am wenigsten Fragmentierung
+
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+## Buddy-Speicherverwaltung
+- Ziel: Fragmentierung von Speicherblöcken minimieren
+- wird oft in BS und in der Verwaltung von Speicher-Pools verwendet
+- basiert auf
+  - Blöcke gleicher Größe als Buddies zusammenfassen
+    - effizienter Speicherzugriff/-freigabe ermöglichen
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+### Erstellung
+- Am Anfang ein Bereich, der gesamten Speicher abdeckt
+- Sobald ein Prozess Speicherplatz anfordert
+  - Speicherkapazität zur nächsthöheren Zweierpotenz aufrunden
+  - entsprechenden, freien Bereich suchen
+    - Falls nicht existent
+      - Nach Bereich doppelter Größe suchen
+        - in zwei Teile teilen (Buddies)
+        - eine Hälfte wird anfordernden Prozess zugewiesen
+- ![image_283.png](image_283.png)
+- Linux verwendet für Zuweisung von Speicherseiten zu Prozessen
+  - Informationen in _/proc/buddyinfo_
+    - ![image_284.png](image_284.png)
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