Komprimierung ist eine Speicherverwaltungstechnik, mit der die Speichernutzung durch Reduzierung der Fragmentierung optimiert wird. Dabei werden die zugewiesenen Speicherblöcke näher aneinander verschoben, um zusammenhängende Speicherblöcke freizugeben. Dadurch verbessert die Komprimierung die Speichereffizienz und verringert das Risiko einer Speicherfragmentierung, die zu Leistungseinbußen und ineffizienter Speichernutzung führen kann.
So funktioniert die Komprimierung in einem Betriebssystem:
1. Identifizierung von fragmentiertem Speicher :Das Betriebssystem identifiziert Speicherbereiche, die aufgrund der Zuweisung und Freigabe von Speicherblöcken fragmentiert sind. Fragmentierung tritt auf, wenn zugewiesene Speicherblöcke mit nicht zugewiesenen Speicherblöcken durchsetzt sind, was zu verstreuten und nicht zusammenhängenden Speicherbereichen führt.
2. Verschiebung zugewiesener Blöcke :Das Betriebssystem startet den Komprimierungsprozess, indem es zugewiesene Speicherblöcke an die niedrigeren Speicheradressen verschiebt und so einen zusammenhängenden Block freien Speichers erstellt. Dieser Prozess umfasst das Kopieren des Inhalts jedes zugewiesenen Blocks an einen neuen Speicherort und das entsprechende Aktualisieren der Speicherverwaltungsdatenstrukturen.
3. Freie Speicherblöcke zusammenführen :Nach dem Verschieben der zugewiesenen Blöcke kombiniert das Betriebssystem die zuvor fragmentierten freien Speicherblöcke zu einem einzigen, größeren zusammenhängenden Block freien Speichers. Dieser Vorgang wird als Koaleszieren bezeichnet. Die Zusammenlegung trägt dazu bei, die Größe des verfügbaren freien Speichers zu maximieren und die Anzahl kleiner, fragmentierter Speicherblöcke zu reduzieren.
4. Aktualisieren der Speicherverwaltungsdatenstrukturen :Während des Komprimierungsprozesses aktualisiert das Betriebssystem die Speicherverwaltungsdatenstrukturen, wie z. B. die Seitentabellen und Speicherzuordnungstabellen, um das neue Speicherlayout widerzuspiegeln. Diese Datenstrukturen sind entscheidend für die Verfolgung der Position und des Status von Speicherblöcken.
Die Komprimierung ist besonders wichtig in Systemen mit begrenzten Speicherressourcen oder Echtzeitsystemen, in denen ein vorhersehbares Speicherverhalten unerlässlich ist. Dies kann jedoch ein zeitaufwändiger Prozess sein, insbesondere in Systemen mit viel Speicher oder häufigen Speicherzuweisungen und -freigaben. Daher wird die Entscheidung zur Durchführung einer Komprimierung auf der Grundlage von Faktoren wie dem Grad der Fragmentierung, der Systemleistung und der Kritikalität der auf dem System ausgeführten Anwendungen getroffen.
Moderne Betriebssysteme nutzen verschiedene Techniken, um die Speicherfragmentierung zu minimieren und den Komprimierungsbedarf zu reduzieren. Zu diesen Techniken gehören Speicherverwaltungsalgorithmen wie Buddy-Zuweisung, Best-Fit-Zuweisung und Worst-Fit-Zuweisung sowie virtuelle Speicherverwaltung und Adressraum-Layout-Randomisierung (ASLR).
