Версия ОС Windows Server 2008 Datacenter поддерживает до 2 ТБ физической памяти. Такое ограничение не связано ни с особенностями реализации, ни с возможностями оборудования - все дело в том, что корпорация Майкрософт не объявляет о поддержке конфигураций, которые мы не в состоянии протестировать. На момент выпуска ОС Windows Server 2008 "рекорд" по объему памяти находился на отметке 2 ТБ - на этом и остановились.

Ограничения памяти в клиентских версиях ОС Windows

64-разрядные клиентские версии ОС Windows поддерживают разные объемы памяти - от 512 МБ в Windows XP Starter до 128 ГБ в Vista Ultimate. В то же время, все 32-разрядные клиентские версии ОС Windows, в том числе Windows Vista, Windows XP и Windows 2000 Professional, поддерживают физическую память в объеме до 4 ГБ. 4 ГБ - это максимальный физический адрес, доступный в стандартном режиме управления памятью x86. Некоторое время назад поддержка памяти в объеме свыше 4 ГБ была бессмысленна - системы с таким объемом памяти, даже серверные, встречались чрезвычайно редко.

К моменту разработки пакета обновления 2 (SP2) для ОС Windows XP появление клиентских систем с объемом памяти свыше 4 ГБ уже прогнозировалось, что заставило разработчиков приступить к интенсивному тестированию Windows XP на подобных системах. Кроме того, в пакете обновления 2 (SP2) для ОС Windows XP была реализована поддержка расширений физических адресов (PAE) по умолчанию для устройств, поддерживающих технологию No Execute, что, во-первых, необходимо для предотвращения исполнения данных (DEP), а во-вторых, обеспечивает возможность поддержки памяти в объеме более 4 ГБ.

В ходе тестирования выяснилось, что многие системы аварийно завершают работу, зависают и отказываются загружаться. Происходит это из-за того, что некоторые драйверы устройств, в особенности аудио- и видеоустройств, которые, в основном, встречаются в клиентских системах, а не в серверах, запрограммированы на работу с физическими адресами в пределах 4 ГБ. Эти драйверы, оказываются, обрубают адреса свыше 4 ГБ, что приводит к повреждению содержимого памяти со всеми вытекающими последствиями. В серверных же системах, которые, как правило, оснащаются менее специфичными устройствами с относительно простыми и надежными драйверами, подобные проблемы обнаружены не были. Выявленные недостатки экосистемы драйверов заставили применительно к клиентским версиям ОС отказаться от работы с памятью в объеме свыше 4 ГБ, несмотря на то, что теоретически её адресация возможна.

Фактические ограничения памяти в 32-разрядных клиентских системах

Согласно официальным условиям лицензии, в 32-разрядных клиентских версиях ОС допускается установка памяти в объеме до 4 ГБ. Фактически же лимит поддержки объема памяти ниже - кроме того, он зависит от набора микросхем и характеристик подключенных устройств. Дело в том, что в таблицу физических адресов включается не только оперативная память, но и память устройств. При этом для совместимости с 32-разрядными операционными системами, которые не способны обрабатывать адреса свыше 4 ГБ, в системах x86 и x64 память устройств отображается ниже границы адресации 4 ГБ. Предположим, если в системе установлено 4 ГБ оперативной памяти, а окна в память сетевых адаптеров, аудио- и видеоустройств в сумме составляют 500 МБ, то 500 МБ из 4 ГБ оперативной памяти окажутся за границей адресации.

Следовательно, оснащение 32-разрядной системы с клиентской версией ОС Windows памятью объемом 3 ГБ и выше, вполне возможно, не принесет желаемого эффекта. В ОС Windows 2000, Windows XP и Windows Vista RTM с объемом доступной памяти можно ознакомиться в диалоговом окне System Properties (Свойства системы), на странице Performance (Быстродействие) диспетчера задач. В ОС Windows XP и Windows Vista (в том числе с пакетом обновления 1 (SP1)) эти сведения можно также получить с помощью служебных программ Msinfo32 и Winver. С выходом пакета обновления 1 (SP1) для ОС Windows Vista некоторые из этих инструментов стали указывать объем установленной, а не доступной, памяти, о чем сказано в специальной статье базы знаний Microsoft.

Как свидетельствует утилита Msinfo32, при загрузке моего ноутбука под управлением 32-разрядной версии Vista доступно 3,5 ГБ памяти из четырех установленных.

Схему распределения физической памяти можно узнать с помощью служебной программы Meminfo.

Как преодолеть ограничения

Из трех основных ресурсов - процессора, памяти и дисковой подсистемы - характеристики памяти, как правило, оказывают наибольшее влияние на общую производительность системы. Чем памяти больше, тем лучше. Быть уверенными в том, что весь потенциал установленной памяти реализован, вам помогут 64-разрядные версии ОС Windows. Они, между прочим, предоставляют ряд других преимуществ по части производительности, о которых я расскажу в одном из предстоящих выпусков серии "Преодолевая ограничения Windows", посвященном виртуальной памяти и её ограничениям.

Виртуамльная паммять -- технология, которая была разработана с целью увеличения общего объема памяти, организации множества адресных пространств памяти, их защиты и автоматизации процесса перемещения машинного кода и данных между основной памятью компьютера и вторичным хранилищем.

В настоящее время эта технология имеет аппаратную поддержку на всех современных процессорах.

В случае расположения данных на внешних запоминающих устройствах память может быть представлена, например, специальным разделом на жёстком диске (partition) или отдельным файлом на обычном разделе диска.

Также существует термин swap (англ. swap, /sw?p/) также означающий виртуальную память (точнее способ её представления), или же означает подкачку данных с диска.

Применение механизма виртуальной памяти позволяет: упростить адресацию памяти клиентским программным обеспечением; рационально управлять оперативной памятью компьютера (хранить в ней только активно используемые области памяти); изолировать процессы друг от друга (процесс полагает, что монопольно владеет всей памятью).

Страничная организация виртуальной памяти

В большинстве современных операционных систем виртуальная память организуется с помощью страничной адресации. Оперативная память делится на страницы: области памяти фиксированной длины (например, 4096 байт), которые являются минимальной единицей выделяемой памяти (то есть даже запрос на 1 байт от приложения приведёт к выделению ему страницы памяти). Процесс обращается к памяти с помощью адреса виртуальной памяти, который содержит в себе номер страницы и смещение внутри страницы. Операционная система преобразует виртуальный адрес в физический, при необходимости подгружая страницу с жёсткого диска в оперативную память. При запросе на выделение памяти операционная система может «сбросить» на жёсткий диск страницы, к которым давно не было обращений. Критические данные (например, код запущенных и работающих программ, код и память ядра системы) обычно находятся в оперативной памяти (исключения существуют, однако они не касаются той части, которая отвечает за использование файла подкачки).

В семействе операционных систем Microsoft Windows место для хранения страниц на жёстких дисках должно быть выделено заранее. Пользователь может положиться на автоматический механизм или самостоятельно указать размер области виртуальной памяти на каждом из разделов диска. На указанных разделах операционной системой создаётся файл pagefile.sys требуемого размера, который и хранит «сброшенные» из оперативной памяти страницы.

Сегментная организация виртуальной памяти

Механизм организации виртуальной памяти, при котором виртуальное пространство делится на части произвольного размера -- сегменты. Этот механизм позволяет, к примеру, разбить данные процесса на логические блоки. Для каждого сегмента, как и для страницы, могут быть назначены права доступа к нему пользователя и его процессов. При загрузке процесса часть сегментов помещается в оперативную память (при этом для каждого из этих сегментов операционная система подыскивает подходящий участок свободной памяти), а часть сегментов размещается в дисковой памяти. Сегменты одной программы могут занимать в оперативной памяти несмежные участки. Во время загрузки система создает таблицу сегментов процесса (аналогичную таблице страниц), в которой для каждого сегмента указывается начальный физический адрес сегмента в оперативной памяти, размер сегмента, правила доступа, признак модификации, признак обращения к данному сегменту за последний интервал времени и некоторая другая информация. Если виртуальные адресные пространства нескольких процессов включают один и тот же сегмент, то в таблицах сегментов этих процессов делаются ссылки на один и тот же участок оперативной памяти, в который данный сегмент загружается в единственном экземпляре. Система с сегментной организацией функционирует аналогично системе со страничной организацией: время от времени происходят прерывания, связанные с отсутствием нужных сегментов в памяти, при необходимости освобождения памяти некоторые сегменты выгружаются, при каждом обращении к оперативной памяти выполняется преобразование виртуального адреса в физический. Кроме того, при обращении к памяти проверяется, разрешен ли доступ требуемого типа к данному сегменту.

Виртуальный адрес при сегментной организации памяти может быть представлен парой (g, s), где g -- номер сегмента, а s -- смещение в сегменте. Физический адрес получается путем сложения начального физического адреса сегмента, найденного в таблице сегментов по номеру g, и смещения s.

Недостатком данного метода распределения памяти является фрагментация на уровне сегментов и более медленное по сравнению со страничной организацией преобразование адреса.

Свопинг

Один из механизмов реализации виртуальной памяти, при котором отдельные запущенные процессы (обычно неактивные) перемещаются из ОЗУ на жёсткий диск, освобождая ОЗУ для загрузки других процессов. Основное отличие этого механизма от страничного заключается в том, что процессы перемещаются между ОЗУ и жестким диском целиком, поэтому иногда некоторые процессы могут полностью отсутствовать в ОЗУ. При наступлении условий активизации процесса он возвращается диспетчером памяти в ОЗУ. Существуют различные алгоритмы выбора процессов на загрузку и выгрузку, а также различные способы выделения оперативной и дисковой памяти загружаемому процессу.

Фрагментация файла подкачки

В процессе работы файл (раздел диска, или файл на разделе) подкачки может стать фрагментированым, то есть непрерывные виртуальные области памяти будут состоять из многочисленных отдельных (разрывных) областей в файле подкачки. При считывании и записи данных страниц много времени будет уходить на перепозиционирование головок жёсткого диска на начало очередной области. Это может привести к падению производительности всей системы. Использование свопинга особенно эффективно, если запущено много интерактивных приложений, которые потребляют большой объем ОЗУ, но при этом практически не занимают процессорное время.

Методики эффективной организации файла подкачки

Одним из способов выделения места для swap?файла (раздела) является кратное выделение памяти, когда объём этого файла равен объёму оперативной памяти, умноженному на 1, на 2, на 3.

Если на компьютере имеется более одного жёсткого диска, то для более быстрого обращения к файлу подкачки его желательно разместить на наименее нагруженном запросами чтения/записи физическом диске. Хорошим выбором будет физический диск, с которого не запускается ОС или приложения.

Следует учесть пропускную способность интерфейса жёсткого диска (IDE/SATA), а также характеристики самих дисков. Лучше разместить файл подкачки на диске, который имеет наибольшую скорость чтения/записи.

В Windows скорость чтения из небольших разделов больше у FAT32 по сравнению с NTFS[2], однако, благодаря более высокой устойчивости NTFS к сбоям и значительным объёмам современных винчестеров, разделы с FAT32 ныне редко используются.

При наличии на компьютере значительного объёма ОЗУ (1 и более гигабайт) и использовании большинства популярных ОС семейств GNU/Linux и MS Windows (кроме Windows Vista/7) можно полностью отключить подкачку. При использовании различных версий Windows Vista также можно отключить подкачку, однако, в силу ресурсоёмкости этой системы, желательно при этом иметь не менее 2 Гб физической памяти.

Дополнительные сведения

Из файла (раздела) подкачки зачастую можно извлечь конфиденциальную информацию, используемую при работе вычислительной системы. Поэтому при работе с секретными данными обычно производится очистка swap -- например, с помощью утилиты sswap из комплекта secure remove.

Алгоритмы определения устаревших страниц

При выделении места для новой страницы бывает необходимо удалить какую-либо страницу, в данный момент находящуюся в памяти. Правила замещения страниц служат для принятия решения о том, какую именно страницу следует удалить из памяти. Идеальным кандидатом является «мёртвая» страница, которая больше не потребуется кому-либо (например, относится к завершённому процессу). Если же таких страниц нет в памяти (или их количества недостаточно), используется правило локального или глобального замещения страниц:

Правило локального замещения выделяет каждому процессу или группе взаимосвязанных процессов определённое количество страниц. Если процессу нужна новая страница, он должен заменить одну из собственных.

Правило глобального замещения страниц позволяет брать страницы любого процесса, используя глобальные критерии выбора. Для реализации данного подхода необходимо выбрать критерий, по которому будет приниматься решение о страницах, хранимых в памяти.

Наиболее часто используемые критерии поиска:

Less Recently Used. Удаляются те страницы, доступ к которым производился наиболее давно. Считается, что в последующем к таким страницам будет происходить минимум обращений.

Last Recently Used. Удаляются недавно освободившиеся страницы. Подразумеваются страницы только что завершившихся процессов.

Недостатки

В случае расположения данных виртуальной памяти на внешних запоминающих устройствах (например, жестких дисках), как чаще всего и происходит -- доступ к памяти замедляется (по сравнению с оперативными запоминающими устройствами).

4. Анализ

Работая над отчётом по операционной системе Windows, я применила имеющиеся знания и получила новые в области программного обеспечения. В процессе работы мною было отмечено, что Windows - оптимальная операционная система для непрофессиональных пользователей. Для более опытных пользователей и профессионалов были созданы другие операционные системы. Windows имеет много возможностей для администрирования и выполнения повседневных задач.

Я впервые столкнулась такими утилитами, как исправление ошибок локального диска, брандмауэром, дефрагментатором диска. Хотя все они всегда оставались на виду - в меню Пуск. Кроме того, я познакомилась с программой WordPad.

Windows содержит множество программ и утилит, позволяющих оптимизировать процесс работы с ней. Но в силу того, что большинство пользователей не являются профессионалами, обладающими обширными знаниями, они не используются.

В ОС Windows распространены пользовательские программы для выполнения различных прикладных задач. Но поле их деятельности ограничено, поэтому профессиональные пользователи предпочитают использовать другие специализированные программы.

5. Вывод

Операционная система Windows - оптимальная среда для работы большинства пользователей. Она получила своё распространении благодаря широкому охвату полей деятельности потенциальных пользователей и простоте освоения.

Наиболее удобной и используемой являлась версия Windows XP. Даже после создания новой версии Vista и её широкой рекламе, она не сдала своих позиций, поскольку новая ОС не отличалась высокой производительностью и требовала неоправданно много сетевых ресурсов.

На смену Vista пришла новая система Windows 7, которая сочетала в себе функциональность XP и оформление и новые возможности Vista. Я, как пользователь версии 7 могу похвально о ней отозваться и только в её пользу провести сравнение с ранее мне известными версиями Windows. Я считаю, что для компьютеров позже 2008 года производства она является идеальной, т. к. их ресурсы позволяют использовать новые возможности системы, созданные для повышения функциональности, производительности и т. д.

Для более старых компьютеров оптимальной является, несомненно, Windows XP. Поскольку компания Microsoft долго не радовала пользователей новыми версиями, а разрабатывала улучшения для существующей, XP сумела завоевать много сторонников.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7