OS में Paging क्या है? फायदे, तकनीक, वर्कफ़्लो [2024 गाइड़]

Paging in OS in Hindi – ओएस में पेजिंग हिंदी में

पेजिंग डेटा तक अधिक तेजी से पहुंच प्राप्त करने की एक मेथड है। जब किसी प्रोग्राम को किसी पेज की आवश्यकता होती है, तो यह मुख्य मेमोरी में उपलब्ध होता है क्योंकि ओएस स्टोरेज डिवाइस से पेजेज की एक निर्धारित संख्या को मुख्य मेमोरी में कॉपी करता है। पेजिंग किसी प्रोसेस के फिजिकल एड्रेस स्थान को नॉन-कन्टिग्यूअस होने की अनुमति देता है। पेजिंग एक मेमोरी मैनेजमेंट रणनीति को संदर्भित करता है जो कन्टिग्यूअस फिजिकल मेमोरी के आवंटन की आवश्यकता को दूर करता है।

इस आर्टिकल में, हम OS में पेजिंग के बारे में अधिक विस्तार से देखेंगे। आइए इसके बारे में और अधिक जानने के लिए आगे पढ़ें।

उद्देश्य:

OS में Paging क्या है? के इस आर्टिकल को पूरा पढ़ने के बाद, आप निम्न में सक्षम होंगे:

Paging in OS in Hindi – ओएस में पेजिंग हिंदी में

पेजिंग ऑपरेटिंग सिस्टम में एक मेमोरी मैनेजमेंट तकनीक है जो प्रोसेसेज को फिजिकल रूप से उपलब्ध मेमोरी से अधिक मेमोरी का एक्‍सेस करने में सक्षम बनाती है। सिस्टम परफॉरमेंस और संसाधन उपयोग में सुधार करता है और पृष्ठ दोषों के जोखिम को कम करता है। इस मेथड को यूनिक्स जैसी सिस्टम्स में Swapping के रूप में भी जाना जाता है।

ऑपरेटिंग सिस्टम में पेजिंग

Paging in Operating System in Hindi

पेजिंग एक मेमोरी मैनेजमेंट स्कीम है जो फिजिकल मेमोरी के निरंतर आवंटन की आवश्यकता को समाप्त करती है। सेकेंडरी स्टोरेज से मुख्य मेमोरी में पेजेज के रूप में प्रोसेसेज को पुनः प्राप्त करने की प्रोसेस को पेजिंग के रूप में जाना जाता है।

पेजिंग का मूल उद्देश्य प्रत्येक प्रोसेस को पेजेज में अलग करना है। इसके अतिरिक्त, मुख्य मेमोरी को विभाजित करने के लिए फ़्रेम का उपयोग किया जाएगा। यह स्कीम किसी प्रोसेस के फिजिकल एड्रेस स्थान को नॉन-कन्टिग्यूअस होने की अनुमति देती है।

पेजिंग में, फिजिकल मेमोरी को निश्चित आकार के ब्लॉकों में विभाजित किया जाता है जिन्हें पेज फ्रेम कहा जाता है, जो प्रोसेस द्वारा उपयोग किए जाने वाले पेजों के समान आकार के होते हैं। प्रोसेस के लॉजिकल एड्रेस लोकेशन को निश्चित आकार के ब्लॉकों में भी विभाजित किया जाता है जिन्हें पेज कहा जाता है, जो पेज फ्रेम के समान आकार के होते हैं। जब कोई प्रोसेस मेमोरी का अनुरोध करती है, तो ऑपरेटिंग सिस्टम प्रोसेस के लिए एक या अधिक पेज फ्रेम आवंटित करता है और प्रोसेस के लॉजिकल पेजों को फिजिकल पेज फ्रेम में मैप करता है।

लॉजिकल पेजेज और फिजिकल पेज फ़्रेमों के बीच मैपिंग को पेज टेबल द्वारा बनाए रखा जाता है, जिसका उपयोग मेमोरी मैनेजमेंट यूनिट द्वारा लॉजिकल एड्रेसेस को फिजिकल एड्रेसेस में ट्रांसलेट करने के लिए किया जाता है। पेज टेबल प्रत्येक लॉजिकल पेज नंबर को फिजिकल पेज फ़्रेम नंबर में मैप करती है।

OS में पेजिंग क्‍या हैं? OS Me Paging Kya Hai?

पेजिंग एक मेमोरी मैनेजमेंट तकनीक है जिसका उद्देश्य कन्टिग्यूअस मेमोरी आवंटन की सीमाओं को दूर करना है। पारंपरिक कन्टिग्यूअस आवंटन में, प्रोसेसेज को फिजिकल मेमोरी के एक कंटीन्यूअस ब्लॉक में लोड करने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, इस दृष्टिकोण ने बाहरी फ्रेगमेंटेशन जैसे मुद्दों को जन्म दिया, जो मेमोरी स्थान को बर्बाद कर सकता है और सिस्टम के परफॉरमेंस में बाधा उत्पन्न कर सकता है। पेजिंग फिजिकल और लॉजिकल मेमोरी को निश्चित आकार के यूनिटस् में विभाजित करके इन समस्याओं का समाधान करती है।

उदाहरण

एक उदाहरण पर विचार करें जहां मुख्य मेमोरी की क्षमता 16 KB है, प्रत्येक फ्रेम का आकार 1 KB है। इस कॉन्फ़िगरेशन के परिणामस्वरूप मुख्य मेमोरी को 16 फ़्रेमों के संग्रह में विभाजित किया जाता है, प्रत्येक में 1 KB डेटा होता है।

इस संदर्भ में, चार अलग-अलग प्रोसेसेस हैं: A1, A2, A3, और A4, प्रत्येक 4 KB मेमोरी घेरती है। कुशल मैनेजमेंट की सुविधा के लिए, इनमें से प्रत्येक प्रोसेस को पेजेज में विभाजित किया गया है, प्रत्येक पेज 1 KB तक फैला हुआ है। यह डिज़ाइन ऑपरेटिंग सिस्टम को प्रत्येक पेज के लिए एक फ़्रेम आवंटित करने की अनुमति देता है।

इन प्रोसेसेज के आरंभ में, मेमोरी के सभी फ़्रेम खाली होते हैं। नतीजतन, ऑपरेटिंग सिस्टम के पास इन प्रोसेसेज के पेजेज को उपलब्ध फ़्रेमों में कन्टिग्यूअस रूप से संग्रहीत करने का अवसर होता है।

इस मामले में, A2 और A4 को कुछ समय के लिए ब्रेक लेने के रूप में सोचें, जिससे आठ मेमोरी स्लॉट खाली हो जाएंगे। यह खालीपन अन्य पेजेज को वहां रखने की जगह देता है। इस बीच, A5 नामक एक नया कार्य, जिसके लिए 8 पेज (8 KB) मेमोरी की आवश्यकता है, तैयार है और अपनी बारी की प्रतीक्षा कर रहा है।

इस उदाहरण में, ध्यान दें कि मेमोरी के भीतर आठ अलग-अलग फ़्रेम मुफ़्त हैं, और ये फ़्रेम एक-दूसरे से जुड़े नहीं हैं। पेजिंग इन फ़्रेमों में विभिन्न स्थानों पर एक प्रोसेस को रखने का लाभ प्रदान करती है। यह लचीलापन हमें A5 प्रोसेस के पेजेज को लोड करने में सक्षम बनाता है।

OS में Paging कैसे काम करती है?

Working of Paging in OS in Hindi

पेजिंग में दो मुख्य कंपोनेंट शामिल होते हैं जो पेज टेबल और पेज फ्रेम हैं। पेज टेबल लॉजिकल पेज नंबर्स और फिजिकल फ़्रेम नंबर्स के बीच मैपिंग बनाए रखती है। पेज फ़्रेम फिजिकल मेमोरी का एक निश्चित आकार का हिस्सा है जहां एक पेज लोड किया जा सकता है।

जब किसी प्रोसेस को मेमोरी का एक्‍सेस करने की आवश्यकता होती है, तो लॉजिकल एड्रेसेस को पेज नंबर और पेज के भीतर एक ऑफसेट में विभाजित किया जाता है।

पेज नंबर का उपयोग पेज टेबल को अनुक्रमित करने के लिए किया जाता है, जो संबंधित फिजिकल फ़्रेम नंबर को पुनः प्राप्त करता है। फिर फिजिकल मेमोरी एड्रेस बनाने के लिए ऑफसेट को फ्रेम नंबर के साथ जोड़ दिया जाता है। इस प्रोसेस को एड्रेस ट्रांसलेशन (Address Translation) के रूप में जाना जाता है।

पेजिंग एक OS को सेकेंडरी (वर्चुअल) और प्राइमरी (फिजिकल) मेमोरी के बीच डेटा ट्रांसफर करने में सक्षम बनाता है। दोनों स्टोरेज प्रकारों को निश्चित आकार के ब्लॉकों में विभाजित किया गया है। प्राइमरी मेमोरी में ब्लॉक फ़्रेम होते हैं, जबकि सेकेंडरी स्टोरेज में ब्लॉक पेज होते हैं।

जब भी कोई प्रोग्राम एक्सीक्‍यूट होता है, तो यह पेजेज में विभाजित हो जाता है, और ओएस आटोमेटिकली से उन्हें सेकेंडरी मेमोरी में संग्रहीत करता है।

जब प्रोसेस मेमोरी का अनुरोध करती है, तो ओएस प्राइमरी मेमोरी से प्रोसेस के लिए पेज फ़्रेम आवंटित करता है। इसके बाद, ओएस प्रोग्राम पेजों को सेकेंडरी मेमोरी से प्राइमरी मेमोरी फ्रेम में ले जाता है।

लॉजिकल पेज और फिजिकल पेज फ़्रेम पेज टेबल नामक स्ट्रक्चर का उपयोग करके संबंध बनाए रखते हैं। मेमोरी मैनेजमेंट यूनिट (MMU) लॉजिकल एड्रेसेस (वर्चुअल मेमोरी) को फिजिकल एड्रेसेस (फिजिकल मेमोरी) में ट्रांसलेट करने के लिए पेज टेबल का उपयोग करती है।

लिनक्स में टर्मिनल/कमांड प्रॉम्प्ट में पेज टेबल को प्रिंट करने के लिए निम्नलिखित कमांड का उपयोग करें:

pmap [PID]

कमांड के काम करने के लिए, पहले ps, top, pgrep, या atop कमांड का उपयोग करके प्रोसेस ID ढूंढें।

उदाहरण के लिए, यदि पसंद की चल रही प्रोसेस के लिए PID 17422 है, तो निम्न कमांड के साथ टेबल प्रिंट करें:

pmap 17422

pmap कमांड आउटपुट में कई लाइनें होती हैं, जिनमें से प्रत्येक में पहले को छोड़कर चार कॉलम होते हैं। पहली पंक्ति प्रोसेस आईडी (PID) और नाम दिखाती है। शेष लाइन्‍स प्रोसेस के लिए मैप किए गए वर्चुअल पेज एड्रेसेस को सूचीबद्ध करती हैं।

आउटपुट के कॉलम में निम्नलिखित जानकारी है:

PID	प्रोसेस आईडी.
Kbytes	पेज का आकार किलोबाइट में
Mode	पेज के लिए परमिशन्‍स
Mapping	उस फ़ाइल या ऑब्जेक्ट का नाम जिस पर पेज मैप किया गया है।

OS में पेजिंग की शब्दावली

Glossary of Paging in OS in Hindi

पेजिंग प्रोसेस को समझने के लिए संबंधित शब्दावली को जानना आवश्यक है। पेजिंग के साथ काम करते समय सामान्य शब्दावली की सूची नीचे दी गई है:

• Pages: लॉजिकल/ सेकेंडरी मेमोरी के निश्चित आकार के ब्लॉक। पेज मुख्य मेमोरी और सेकेंडरी स्टोरेज के बीच इनफॉर्मेशन ट्रांसफर के एक यूनिट का प्रतिनिधित्व करते हैं। पेज सेट एक प्रोसेस वर्किंग सेट है। जैसे-जैसे प्रोसेस मेमोरी के विभिन्न हिस्सों का एक्‍सेस करती है, एक कामकाजी सेट लगातार बदलता रहता है।
• Page Table: एक डेटा स्ट्रक्चर जो मेमोरी मैनेजमेंट यूनिट (MMU) को लॉजिकल एड्रेसेस को फिजिकल एड्रेसेस में ट्रांसलेट करने में सक्षम बनाती है।
• Physical Memory: कंप्यूटर के लिए उपलब्ध वास्तविक मेमोरी, आमतौर पर RAM के रूप में। पेजिंग में, फिजिकल, या मुख्य, मेमोरी निश्चित आकार के ब्लॉक या पेज फ़्रेम में विभाजित हो जाती है, प्रत्येक का एक यूनिक एड्रेस होता है। फ़्रेम प्रोसेस में उपयोग किए गए पेजेज के समान आकार के होते हैं।
• Virtual Memory (लॉजिकल/सेकेंडरी मेमोरी): एक हार्ड डिस्क या सॉलिड-स्टेट ड्राइव जो मुख्य मेमोरी के विस्तार के रूप में कार्य करती है। यह रैम से अस्थायी रूप से डेटा लाकर फिजिकल मेमोरी की कमी की भरपाई करता है। लॉजिकल मेमोरी को समान आकार के ब्लॉकों में विभाजित किया जाता है, जिन्हें पेज कहा जाता है। वर्चुअल मेमोरी के भीतर प्रत्येक पेज का एक लॉजिकल एड्रेस होता है।
• Memory Management Unit (मेमोरी मैनेजमेंट यूनिट) (MMU): हार्डवेयर कंपोनेंट जो लॉजिकल एड्रेसेस को फिजिकल एड्रेसेस में ट्रांसलेट करता है। MMU मेमोरी में पेजेज के अलोकेशन और डिअलोकेशन का मैनेजमेंट भी करता है।
• Logical Address (वर्चुअल एड्रेस): जब कोई प्रोग्राम रन होता है, तो सीपीयू प्रत्येक पेज के लिए एक लॉजिकल एड्रेस उत्पन्न करता है। MMU लॉजिकल को फिजिकल एड्रेसेस में ट्रांसलेट करता है।
• लॉजिकल एड्रेस स्पेस (वर्चुअल एड्रेस स्पेस): किसी चालू प्रोग्राम द्वारा उत्पन्न लॉजिकल एड्रेसेस का एक सेट।
• फिजिकल एड्रेस: फिजिकल मेमोरी के प्रत्येक फ़्रेम का एक यूनिक फिजिकल एड्रेस होता है। एड्रेसेस वास्तविक मेमोरी में किसी प्रोसेस के विशिष्ट स्थान का प्रतिनिधित्व करते हैं।
• फिजिकल एड्रेस स्‍पेस: सभी संभावित फिजिकल एड्रेसेस की वह सीमा जिसे कोई सिस्टम संदर्भित कर सकता है।

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OS में पेजिंग का वर्कफ़्लो

Workflow of Paging in OS in Hindi

पेजिंग में खंडित जानकारी की सिस्टेमेटिक रिट्रीवल और परफॉरमेंस शामिल है। पेजिंग वर्कफ़्लो या तो पेज हिट के साथ समाप्त होता है या पेज फाल्ट का सामना करता है।

वर्कफ़्लो इन चरणों का पालन करता है:

• एक प्रोसेस एक्सीक्‍यूट होती है।
• ओएस वर्चुअल मेमोरी में प्रोसेस सेगमेंट को समान आकार के पेजेज में आवंटित करता है। यह फिजिकल मेमोरी में संबंधित पेज फ़्रेम भी बनाता है।
• ओएस एक पेज टेबल बनाता है, जो प्रोसेस के लॉजिकल पेजों को फिजिकल पेज फ्रेम में मैप करता है।
• एक अन्य प्रोसेस प्रोसेस फ़्रेम या पेज का एक्‍सेस का अनुरोध करती है।
• अनुरोधित पेज पहले से ही मुख्य मेमोरी में है, और प्रोसेस एक्‍सीक्‍यूशन जारी रखती है, जिससे एक पेज हिट बनता है।
• यदि अनुरोधित पेज मुख्य मेमोरी में नहीं है, तो सिस्टम पेज फॉल्ट या पेज चूक से निपट रहा है। समस्या के समाधान के लिए पेजिंग प्रोसेस जारी है:
• मेमोरी मैनेजमेंट यूनिट (MMU) फिजिकल मेमोरी में प्रोसेस के सही स्थान (सही पेज फ्रेम) की पहचान करने के लिए पेज टेबल का उपयोग करती है।
• पेज टेबल सही फिजिकल एड्रेसेस के साथ अपडेट होती है।
• ओएस प्राइमरी मेमोरी में पेज को पेज फ्रेम में लाता है,
• प्रोसेस इन्टरप्शन के बिंदु से फिर से शुरू होती है, और अब पेज का एक्‍सेस सकती है। पेज दोष का समाधान हो जाता है।

OS में पेजिंग तकनीक

Techniques of Paging in OS in Hindi

पेजिंग कार्यान्वयन कई तरीके प्रदान करता है, और एक विशिष्ट तकनीक का चुनाव कई फैक्टर्स पर निर्भर करता है। इसमें ओएस प्रकार, उपलब्ध मेमोरी और प्रोसेस की आवश्यकताएं शामिल हैं।

उदाहरण के लिए, डिमांड पेजिंग उन ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए एक अच्छा विकल्प है जिन्हें कुशल होने की आवश्यकता है। दूसरी ओर, प्रत्याशित पेजिंग उन ऑपरेटिंग सिस्टमों के लिए एक बेहतर विकल्प है जिन्हें प्रतिक्रियाशील होने की आवश्यकता है।

नीचे दिया गया सेक्‍शन विभिन्न पेजिंग तकनीकों की व्याख्या करता है:

• Demand Paging (पेजिंग की डिमांड): विंडोज़, लिनक्स और मैकओएस जैसे आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम में सबसे आम मेमोरी मैनेजमेंट तकनीक। यह केवल वर्तमान में उपयोग किए गए पेज को मेमोरी में रखकर मेमोरी उपयोग को ऑप्टिमाइज़ करता है।
• Anticipatory Paging (ऐन्टिसपटोरी पेजिंग): डिमांड पेजिंग का एक अधिक आक्रामक रूप जो जितनी जल्दी हो सके अनुरोधित पेज के पास के पेजों को प्रीलोड करता है। लक्ष्य यह अनुमान लगाकर पेज दोषों और विलंबता को कम करना है कि कौन से पेज रैम में नहीं हैं जिनकी जल्द ही आवश्यकता होने की संभावना है।
• Prepaging: प्रीपेजिंग प्रत्याशित पेजिंग का एक कम आक्रामक रूप है। सिस्टम किसी भी पेज को प्रीलोड करता है जिसकी निकट भविष्य में आवश्यकता हो सकती है (लेकिन तुरंत या जल्द ही नहीं)।
• Free Page Queue, Stealing और Reclamation: ये तकनीकें मुक्त फ़्रेमों का ट्रैक रखकर और आवश्यकतानुसार फ़्रेमों को पुनः आवंटित करके मेमोरी का मैनेजमेंट करती हैं।
• Free Page Queue: आवंटन के लिए उपलब्ध पेज फ़्रेम की एक सूची। यह सुनिश्चित करके कि कतार कभी खाली न हो, प्रोसेस पेज दोषों से निपटना कम कर देती है।
• Page stealing: पेज फ़्रेम को मुक्त करने की एक प्रोसेस. जिन पेजेज का हाल ही में संदर्भ नहीं दिया गया है उन्हें मेमोरी से हटा दिया गया है। फिर मुफ़्त पेज फ़्रेम को मुफ़्त पेज कतार में जोड़ दिया जाता है।
• Reclaiming: Reclaiming (चोरी के साथ संयोजन में) उन पेज फ़्रेमों को मुक्त कर देता है जो अब उपयोग में नहीं हैं। हालाँकि, पुनः प्राप्त करना अधिक आक्रामक है। ओएस उन पेजों को भी पुनः प्राप्त कर सकता है जिनके जल्द ही पुनः आरंभ होने की संभावना है।
• Pre-cleaning: यह प्रोसेस संशोधित पेजेज की कंटेंट को वापस डिस्क पर सहेजती है, भले ही उन पेजेज को जल्द ही फिर से संशोधित किए जाने की संभावना हो। जब कोई नया प्रोग्राम चलता है, तो सिस्टम को डिस्क से पेजेज को पढ़ने के लिए इंतजार नहीं करना पड़ता है, जिससे स्टार्ट-अप समय में सुधार होता है।
• कॉपी-ऑन-राइट पेजिंग: जब कोई प्रोसेस किसी ऐसे पेज पर लिखने का प्रयास करती है जो पहले से ही किसी अन्य प्रोसेस द्वारा उपयोग में है, तो ओएस पेज की एक कॉपी बनाता है और प्रोसेस को कॉपी तक विशेष एक्‍सेस प्रदान करता है। यह सुनिश्चित करता है कि दोनों प्रोसेसेस एक-दूसरे के डेटा को अधिलेखित नहीं कर सकतीं।
• Segmented Paging: मुख्य मेमोरी को चर-आकार के खंडों में विभाजित करके पेजिंग को विभाजन के साथ संयोजित करता है, प्रत्येक को एक पेज टेबल के साथ। खंड और भी छोटे, निश्चित आकार के पेजेज में विभाजित होते हैं। वर्चुअल मेमोरी के विपरीत, जो पेज-आधारित विभाजन को नियोजित करता है, सेगमेंट वर्चुअल से फिजिकल मेमोरी एड्रेसेस की मैपिंग को संभालते हैं।
• Inverted Paging: एक तकनीक जहां पेज टेबल मेमोरी में होती है, और फिजिकल मेमोरी को फ़्रेम में विभाजित किया जाता है। जब किसी प्रोसेस को किसी पेज का एक्‍सेस करने की आवश्यकता होती है, तो वह फिजिकल फ़्रेम ढूंढने के लिए पेज टेबल को देखती है।

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ओएस में पेजिंग के प्रकार

Types of Paging in OS in Hindi

ऑपरेटिंग सिस्टम में, पेजिंग एक मेमोरी मैनेजमेंट तकनीक है जिसका उपयोग कंप्यूटर सिस्टम में मेमोरी को ऑर्गनाइज और मैनेज करने के लिए किया जाता है। आमतौर पर ऑपरेटिंग सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले OS में पेजिंग मुख्य रूप से दो प्रकार की होती है:

• Fixed-size paging (फिक्स्ड-साइज पेजिंग)
• Variable-size paging (वेरिएबल-साइज पेजिंग)

फिक्स्ड-साइज पेजिंग और वेरिएबल-साइज की पेजिंग दोनों के अपने फायदे और फायदे हैं। फिक्स्ड-साइज पेजिंग सरलता और मैनेजमेंट में आसानी प्रदान करती है लेकिन आंतरिक फ्रेगमेंटेशन का कारण बन सकती है। वेरिएबल-साइज पेजिंग फ्रेगमेंटेशन को कम करती है लेकिन इसके लिए अधिक जटिल डेटा स्ट्रक्चर और मैनेजमेंट एल्गोरिदम की आवश्यकता होती है।

1. ऑपरेटिंग सिस्टम में फिक्स्ड-साइज पेजिंग

फिक्स्ड-साइज पेजिंगमें, मेमोरी को निश्चित आकार के ब्लॉक या पेजों में विभाजित किया जाता है। प्रत्येक पेज का एक निश्चित आकार होता है, आमतौर पर 2 की पॉवर (जैसे, 4KB या 8KB)। किसी प्रोसेस का संपूर्ण लॉजिकल एड्रेस स्थान समान आकार के पेजेज में विभाजित होता है। यह दृष्टिकोण मेमोरी मैनेजमेंट को सरल बनाता है, क्योंकि प्रत्येक पेज को आसानी से आवंटित या हटाया जा सकता है। हालाँकि, यदि किसी प्रोसेस के लिए आवंटित मेमोरी का पूरी तरह से उपयोग नहीं किया जाता है तो यह आंतरिक फ्रेगमेंटेशन का कारण बन सकता है।

ओएस में फिक्स्ड-साइज पेजिंग के तहत, लॉजिकल एड्रेस स्थान को पेजेज में विभाजित किया जाता है, और फिजिकल मेमोरी को समान आकार के फ्रेम में विभाजित किया जाता है। पेज टेबल लॉजिकल पेजेज को फिजिकल फ़्रेमों में मैप करती है, जिससे कुशल मेमोरी एक्सेस और मैनेजमेंट की अनुमति मिलती है।

2. ऑपरेटिंग सिस्टम में वेरिएबल-साइज पेजिंग

वेरिएबल-साइज पेजिंग में, मेमोरी को वेरिएबल-आकार के ब्लॉक या पेजों में विभाजित किया जाता है। प्रत्येक पेज का आकार निश्चित नहीं है और प्रोसेस की मेमोरी आवश्यकताओं के आधार पर भिन्न हो सकता है। ओएस में वेरिएबल-साइज़ पेजिंग का उद्देश्य किसी प्रोसेस की वास्तविक मेमोरी आवश्यकताओं के आधार पर मेमोरी को छोटे टुकड़ों में आवंटित करके आंतरिक फ्रेगमेंटेशन को कम करना है। यह दृष्टिकोण अधिक कुशल मेमोरी उपयोग में मदद करता है।

वेरिएबल-साइज पेजिंग के लिए लॉजिकल एड्रेसेस को फिजिकल फ़्रेमों में मैप करने के लिए अतिरिक्त डेटा स्ट्रक्चर को बनाए रखने की आवश्यकता होती है, जैसे सेगमेंट टेबल्‍स या वेरिएबल-साइज एंट्रीज के साथ पेज टेबल्‍स। ये डेटा स्ट्रक्चर प्रत्येक पेज के आकार और स्थान के बारे में जानकारी संग्रहीत करती हैं, जिससे लचीली मेमोरी आवंटन की अनुमति मिलती है।

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ओएस में पेजिंग में एड्रेस ट्रांसलेट

ओएस में पेजिंग में एड्रेस ट्रांसलेशन एक एड्रेस स्पेस है जो किसी प्रोग्राम या प्रोसेस मेमोरी में उपलब्ध वैध एड्रेसेस की श्रेणी है। यह किसी प्रोग्राम या प्रोसेस के लिए पहुंच योग्य मेमोरी स्पेस है। मेमोरी फिजिकल या वर्चुअल हो सकती है और इसका उपयोग डेटा संग्रहीत करने और निर्देशों को एक्सीक्‍यूट करने के लिए किया जाता है। दो मुख्य प्रकार के एड्रेस स्थान नीचे वर्णित हैं:

• लॉजिकल एड्रेस स्पेस
• फिजिकल एड्रेस स्पेस

ऑपरेटिंग सिस्टम में पेजिंग की फीचर्स

ओएस (ऑपरेटिंग सिस्टम) में पेजिंग की विशेषता यह है कि मुख्य मेमोरी का आकार 2 की शक्तियों में मानने पर कोई बाहरी फ्रेगमेंटेशन नहीं होता है। प्रोसेसेस फिजिकल या मुख्य मेमोरी में सभी फ़्रेमों का उपयोग कर सकती हैं।

ओएस (ऑपरेटिंग सिस्टम) में पेजिंग, आंतरिक फ्रेगमेंटेशन केवल प्रोसेस के अंतिम पेज पर हो सकता है। किसी प्रोसेस द्वारा उपयोग की जाने वाली फिजिकल मेमोरी अब कन्टिग्यूअस (नॉन-कन्टिग्यूअस) नहीं है। किसी प्रोसेस की लॉजिकल मेमोरी अभी भी कन्टिग्यूअस है।

ओएस में डिमांड पेजिंग

डिमांड पेजिंग एक मेमोरी मैनेजमेंट स्कीम है जहां पेजों को मेमोरी में तभी लाया जाता है जब उन्हें चल रही प्रोसेस द्वारा मांग की जाती है, जिससे मेमोरी बर्बादी कम हो जाती है और समग्र सिस्टम परफॉरमेंस में सुधार होता है।

जब कोई पेज जो मेमोरी में मौजूद नहीं है, एक्सेस किया जाता है, तो एक पेज फॉल्ट होता है, जो ऑपरेटिंग सिस्टम को आवश्यक पेज को सेकेंडरी स्टोरेज से मेमोरी में लाने के लिए प्रेरित करता है। यह दृष्टिकोण अधिक कुशल मेमोरी उपयोग की अनुमति देता है क्योंकि केवल आवश्यक पेज लोड किए जाते हैं, प्रारंभिक मेमोरी ओवरहेड को कम किया जाता है और बड़े प्रोग्राम आकारों को समायोजित करने की अनुमति मिलती है।

पेज फॉल्ट

पेज फॉल्ट तब होता है जब कोई प्रोसेस किसी ऐसे पेज का एक्‍सेस करने का प्रयास करती है जो फिजिकल मेमोरी में मौजूद नहीं है। पेज अनुपलब्ध है क्योंकि या तो यह हाल ही में उपयोग में नहीं आया है या अपर्याप्त मेमोरी है।

• इसके अलावा, पेज फॉल्ट तब उत्पन्न होते हैं यदि:
• पेज को पहले कभी भी मेमोरी में लोड नहीं किया गया है.
• दूसरे पेज के लिए जगह बनाने के लिए पेज को मेमोरी से हटा दिया गया है।
• पेज को मेमोरी में मॉडिफाइड किया गया है और इसे वापस डिस्क पर लिखने की आवश्यकता है।

पेज फॉल्ट से निपटने के लिए सबसे अच्छी रणनीति ओएस प्रकार, उपलब्ध मेमोरी और प्रोसेसेज सहित कई फैक्टर्स पर निर्भर करती है। ओएस या तो पेजिंग मेथड का उपयोग करके या प्रोसेस को समाप्त करके पेज दोषों को संभालता है।

संभावित समाधान निम्नलिखित में से एक करना है:

यदि पेज महत्वपूर्ण नहीं है या प्रोग्राम किसी महत्वपूर्ण अनुभाग में नहीं है तो प्रोग्राम को समाप्त कर दें। अलग-अलग पेज रिप्लेसमेंट एल्गोरिदम यह निर्धारित करते हैं कि पेज में खराबी होने पर किस पेज को बाहर निकालना है। सबसे आम पेज रिप्लेसमेंट एल्गोरिदम में Least Recently Used (LRU), फर्स्ट इन, फर्स्ट आउट (FIFO), और ऑप्टिमल शामिल हैं।

किसी अप्रयुक्त पेज को सेकेंडरी मेमोरी में ले जाएँ और प्राइमरी मेमोरी में पेज दोष उत्पन्न करने वाले पेज को लाएँ। लक्ष्य यह सुनिश्चित करना है कि प्रोग्राम्स चलता रहे।

उन पेजों को प्रीलोड करें जिनकी ऑपरेटिंग सिस्टम भविष्यवाणी करता है कि जल्द ही उनकी आवश्यकता होगी (प्रत्याशित पेजिंग या प्रीपेजिंग)। यह पेज दोषों को कम करने में मदद करता है, लेकिन यदि पहले से लोड किए गए पेज अप्रयुक्त हैं तो मेमोरी की बर्बादी भी होती है।

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Thrashing

वर्चुअल मेमोरी में थ्रैशिंग तब होती है जब पेज दोष दर इतनी अधिक हो जाती है कि सिस्टम पेज दोषों को ठीक करने में अधिक समय खर्च करता है और यूजर कोड को एक्सीक्‍यूट करने में पर्याप्त समय नहीं लगता है।

फीडबैक लूप जो थ्रैशिंग का कारण बनता है वह तब शुरू होता है जब किसी प्रोसेस में पेज दोष का अनुभव होता है। फिर ऑपरेटिंग सिस्टम (ओएस) को अनुरोधित पेज को डिस्क से मेमोरी में लोड करना होगा, जिसमें समय लगता है।

यदि ओएस को एक संक्षिप्त अवधि में एकाधिक पेज दोष प्राप्त होते हैं, तो यह सारा समय पेज दोषों को ठीक करने में व्यतीत करता है और यूजर कोड को एक्सीक्‍यूट करने में कोई समय नहीं लगता है।

थ्रैशिंग के कारण:

यदि थ्रैशिंग होती है, तो सिस्टम तब तक धीमा होता रहता है जब तक कि वह अनुपयोगी न हो जाए। थ्रैशिंग को ठीक करने का एकमात्र तरीका अंतर्निहित कारणों का समाधान करना है। कुछ कारणों में शामिल हैं:

• बहुत सारी प्रोसेसेस: जब ऑपरेटिंग सिस्टम बहुत अधिक प्रोसेसेस चलाता है, तो यह माँगों को पूरा नहीं कर पाता है। इससे पेज फॉल्‍टस् दर उच्च हो जाती है, क्योंकि ऑपरेटिंग सिस्टम को बार-बार पेजेज को मेमोरी के अंदर और बाहर स्वैप करना पड़ता है।
• बहुत अधिक मेमोरी उपयोग: ऐसी प्रोसेसएँ जो बहुत अधिक मेमोरी का उपयोग करती हैं, ऑपरेटिंग सिस्टम को सभी पेजों को एक साथ मेमोरी में रखने से रोकती हैं। इससे पेज दोषों की दर भी अधिक होती है।
• ख़राब पेज रिप्लेसमेंट एल्गोरिथ्म: पेज रिप्लेसमेंट एल्गोरिथ्म यह तय करता है कि पेज में खराबी होने पर किस पेज को बाहर निकालना है। यदि पेज रिप्लेसमेंट एल्गोरिदम अच्छा नहीं है, तो यह अक्सर उपयोग किए जाने वाले पेजेज को हटा देता है, जिससे पेज दोषों की उच्च दर होती है।
• मल्टीप्रोग्रामिंग का उच्च स्तर: जब मल्टीप्रोग्रामिंग डिग्री अधिक होती है, तो सिस्टम में प्रोसेसेस एक साथ चलती हैं। इससे ऑपरेटिंग सिस्टम पर दबाव पड़ता है और खराबी आ जाती है।
• फ़्रेम की कमी: यदि मेमोरी में पर्याप्त फ़्रेम उपलब्ध नहीं हैं, तो नए पेज आने पर ऑपरेटिंग सिस्टम को पेजों को मेमोरी से बाहर निकालना पड़ता है।

थ्रैशिंग को रोकने के विभिन्न तरीके हैं:

• प्रोसेसेज के नंबर को सीमित करना
• प्रोसेसेज को कम मेमोरी आवंटित करना।
• एक अच्छे पेज रिप्लेसमेंट एल्गोरिदम का उपयोग करना।
• RAM की मात्रा बढ़ाना।
• बिना उपयोगी एप्लिकेशन्स को बंद करना
• अधिक मेमोरी का उपयोग करने वाले प्रोग्रामों को बदलना।
• स्वैप फ़ाइल का आकार बढ़ाना

OS में पेजिंग के लाभ

Advantages of Paging in OS in Hindi

पेजिंग ऑपरेटिंग सिस्टम को फिजिकल मेमोरी का अधिक कुशलता से उपयोग करने की अनुमति देता है और सिस्टम के परफॉरमेंस में सुधार करता है। मुख्य पेजिंग लाभ हैं:

• बाहरी फ्रेगमेंटेशन को कम करना: पेजिंग ऑपरेटिंग सिस्टम को संभव से अधिक मेमोरी का उपयोग करने की अनुमति देता है यदि सभी पेज एक साथ मेमोरी में रहते हैं। ओएस वर्तमान में उपयोग में नहीं आने वाले पेजों को डिस्क पर ले जाता है और फिर जरूरत पड़ने पर उन्हें वापस स्वैप कर देता है।
• मेमोरी उपयोग में सुधार: पेजिंग सीपीयू द्वारा डिस्क से पेज लोड होने की प्रतीक्षा के समय को कम करके परफॉरमेंस में सुधार करती है। ऑपरेटिंग सिस्टम सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले पेजेज को मेमोरी में रखता है और केवल उन पेजेज को स्वैप करता है जिनका अक्सर उपयोग नहीं किया जाता है।
• मेमोरी मैनेजमेंट को सरल बनाना: पेजिंग ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए मेमोरी मैनेजमेंट को ऑर्गनाइज करता है। इसलिए, ओएस को प्रत्येक प्रोसेस के संपूर्ण एड्रेस स्थान के बजाय केवल वर्तमान में मेमोरी में मौजूद पेजेज का ट्रैक रखना होता है।
• कुशल स्वैपिंग: पेजिंग के साथ, ऑपरेटिंग सिस्टम को पेज को स्वैप करते समय फ्रेगमेंटेशन पर विचार नहीं करना पड़ता है। इसके अलावा, ओएस उस पेज को चुनता है जिसके इस्तेमाल की संभावना सबसे कम हो।
• वर्चुअल मेमोरी को सपोर्ट करता है: वर्चुअल मेमोरी सपोर्ट का अर्थ है कि प्रत्येक प्रोसेस का अपना एड्रेस स्थान होता है, भले ही फिजिकल मेमोरी सभी प्रोसेसेज को समायोजित करने के लिए पर्याप्त बड़ी न हो।

OS में पेजिंग के नुकसान

Disadvantages of Paging in OS in Hindi

पेजिंग फिजिकल मेमोरी का उपयोग करने का एक बहुत ही प्रभावी तरीका है, लेकिन यह ओएस में जटिलता भी जोड़ता है और पेज फॉल्ट्स का कारण बनता है। हालाँकि फायदे नुकसान से अधिक हैं, निम्नलिखित सूची प्रमुख कमियों को दर्शाती है:

• ओवरहेड में वृद्धि: पेजिंग ओवरहेड का परिचय देती है, क्योंकि ऑपरेटिंग सिस्टम को यह ट्रैक करना होता है कि कौन से पेज मेमोरी में हैं और कौन से डिस्क पर हैं। इसलिए, यह ओवरहेड परफॉरमेंस को कम कर देता है, खासकर स्‍लो डिस्क वाले सिस्टम पर।
• पेज फॉल्ट्स: पेजिंग से फॉल्ट्स दोष हो सकते हैं। दोष तब उत्पन्न होते हैं जब ऑपरेटिंग सिस्टम को डिस्क से मेमोरी में एक पेज लोड करने की आवश्यकता होती है। जब वे बार-बार होते हैं, तो सिस्टम धीमा हो जाता है।
• जटिलता: पेजिंग लागू करने और डिबग करने के लिए एक जटिल और चुनौतीपूर्ण सिस्टम है।
• आंतरिक फ्रेगमेंटेशन: पेजिंग से इंटरनल फ्रेगमेंटेशन बढ़ता है, क्योंकि किसी प्रोसेस का अंतिम पेज पूरी तरह से उपयोग नहीं किया जाता है, जिससे मेमोरी बर्बाद हो जाती है।
• पेज टेबल ओवरहेड: पेजिंग के लिए पेज टेबल की आवश्यकता होती है, जो महत्वपूर्ण मेमोरी का उपभोग करती है। मल्‍टीपल लेवल टेबल्‍स और परिवर्तनशील पेज आकार (सुपर-पेज) समस्या को कम करते हैं।

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ऑपरेटिंग सिस्टम (ओएस) में पेजिंग के लिए महत्वपूर्ण पॉइंटस्

Importance Points of Paging in Operating System in Hindi

• हार्डवेयर ओएस में पेजिंग में पेज आकार को परिभाषित करता है। मेमोरी में सभी फ्रेम और पेज एक ही आकार के होते हैं। OS (ऑपरेटिंग सिस्टम) में पेजिंग के लिए कुछ महत्वपूर्ण बिंदु इस प्रकार हैं:
• जब भी प्रोसेस बनाई जाती है, तो ओएस में पेजिंग प्रोसेस पर लागू की जाएगी, और एक पेज टेबल बनाई जाएगी। पेज टेबल का आधार एड्रेस PCB में संग्रहीत किया जाएगा।
• OS में पेजिंग प्रत्येक प्रोसेस के लिए है, और प्रत्येक प्रोसेस की अपनी पेज टेबल होगा।
• प्रोसेसेज का पेज टेबल मुख्य मेमोरी में संग्रहीत किया जाएगा।
• ओएस में पेजिंग में कोई बाहरी फ्रेगमेंटेशन नहीं है क्योंकि पेज का आकार फ्रेम आकार के समान है।
• आंतरिक फ्रेगमेंटेशन अंतिम पेज पर मौजूद है, और ओएस में पेजिंग में आंतरिक फ्रेगमेंटेशन पर विचार किया जाता है, जहां P पेज का आकार है।
• पेज टेबल को बनाए रखना सिस्टम के लिए एक ओवरहेड (बोझ) माना जाता है।

Paging in OS in Hindi पर सारांश:

• पेजिंग एक स्टोरेज मैकेनिज़म है जो ओएस को पेजेज के रूप में सेकेंडरी स्टोरेज से मुख्य मेमोरी में प्रोसेसेज को पुनः प्राप्त करने की अनुमति देता है।
• पेजिंग प्रोसेस को वैध/अमान्य बिट नामक अतिरिक्त बिट के सम्मिलन की अवधारणा का उपयोग करके संरक्षित किया जाना चाहिए।
• पेजिंग का सबसे बड़ा लाभ यह है कि मेमोरी मैनेजमेंट एल्गोरिदम का उपयोग करना आसान है
• पेजिंग से आंतरिक फ्रेगमेंटेशन हो सकता है
• सेगमेंटेशन मेथड लगभग पेजिंग के समान ही काम करती है, दोनों के बीच एकमात्र अंतर यह है कि सेगमेंट परिवर्तनीय-लंबाई के होते हैं, जबकि पेजिंग मेथड में, पेज हमेशा निश्चित आकार के होते हैं।
• आप कई प्रोसेसेज को संदर्भित करने वाले सेग्मेंट्स द्वारा शेयरिंग प्राप्त कर सकते हैं।
• सेगमेंटेशन महंगा मेमोरी मैनेजमेंट एल्गोरिदम है

ओएस में पेजिंग पर अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

FAQ on Paging in OS in Hindi

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