Рабочее множество ( англ. working set ) — понятие в информатике, определяющее количество памяти, требующееся процессу в заданный интервал времени.

Другими словами, Рабочий набор процесса — это набор страниц в виртуальном адресном пространстве процесса, которые в настоящий момент находятся в физической памяти (отображены на адресное пространство процесса).

Определение

(1968) определяет «рабочее множество информации ${\displaystyle W(t,\tau )}$ процесса в момент времени ${\displaystyle t}$ как совокупность информации, на которую ссылается процесс в течение интервала времени ${\displaystyle (t-\tau ,t)}$ » . Обычно за единицу информации берётся страница памяти . Предлагается считать рабочее множество приближенной оценкой множества страниц, к которым процесс обратится в будущем (например, в течение следующих ${\displaystyle \tau }$ единиц времени), и, что более важно, — показателем того, какие страницы следует сохранить в основной памяти, чтобы выполнение процесса осуществлялось быстрее.

Обоснование

Для производительности имеет значение, какие именно страницы останутся в основной памяти (в отличие от страниц, выгружаемых во вспомогательную память): если оставить в основной памяти слишком много страниц, принадлежащих процессу, то снизится количество процессов, которые можно выполнять одновременно. Если оставить в основной памяти слишком мало страниц процесса, то частота ошибок страниц резко возрастёт и число выполняющихся в данный момент активных процессов будет стремиться к нулю.

Согласно модели рабочего множества , процесс может находиться в ОЗУ тогда и только тогда, когда множество всех его страниц, используемых в настоящее время (или множество последних по времени использования страниц, которое часто используется как его приближение) могут находиться в ОЗУ. Модель работает по принципу «всё или ничего», то есть, если число нужных процессу страниц памяти растёт и в ОЗУ нет свободного места, то процесс выгружается из памяти целиком, чтобы освободить память для использования другими процессами.

Часто сильно загруженный компьютер может иметь столько процессов в очереди, что, если позволить им запуститься в один и тот же квант времени, то объём памяти, на который они будут ссылаться, превысит объём ОЗУ, вследствие чего возникнет пробуксовка виртуальной памяти .

Выгрузка некоторых процессов из памяти приводит к тому, что выполнение всех процессов, включая даже временно выгруженные из памяти, завершится гораздо раньше, чем при попытке запустить все процессы одновременно. Выполнение процессов завершится гораздо раньше и по сравнению с последовательным запуском каждого процесса по одному, так как одновременное выполнение позволяет одним процессам выполняться в те моменты времени, когда другие ждут завершения доступа к жёсткому диску или другим глобальным ресурсам. Другими словами, стратегия рабочего множества предотвращает пробуксовку виртуальной памяти, сохраняя при этом высокую степень мультипрограммирования . Таким образом, эта стратегия оптимизирует загрузку и пропускную способность центрального процессора.

Реализация

Основная сложность в реализации описанной модели — это отслеживание рабочего множества. Для этого из всего потока обращений процесса к страницам памяти отслеживаются последние обращения за интервал времени ${\displaystyle \tau }$ , называемый окном рабочего множества. При каждом обращении к памяти новая ссылка на страницу добавляется в начало окна, а наиболее старая ссылка оказывается за его пределами. Страница считается принадлежащей рабочему множеству, если на неё есть ссылка в окне рабочего множества .

Чтобы избежать накладных расходов, связанных с хранением большого числа ссылок на страницы памяти, вычисление рабочего множества часто реализуется путём отслеживания времени последнего обращения к странице памяти. Страница считается принадлежащей рабочему множеству, если разница между текущим моментом времени и временем последнего обращения не превышает размера окна рабочего множества. Если эта разница превышает размер окна, страница может быть удалена.

Стратегия рабочего множества не является алгоритмом замены страниц , однако алгоритмы замены страниц могут учитывать рабочее множество процесса и не удалять принадлежащие ему страницы. Например, существует модифицированная версия под названием WSClock.

См. также

• Resident set size

Примечания

Литература

• Э. Танненбаум. Архитектура компьютера = Structured Computer Organization. — 5-е изд. — СПб. : Питер, 2013. — С. 483. — 884 с. — ISBN 978-5-469-01274-0 .
• Silberschatz, A., Galvin, P.B., & Gagne, G. (2005). Operating System Concepts, 7th edition. Palatino: Wiley. pp. 346.