【文章內(nèi)容簡介】 B 8K D 12K 作業(yè) X的調(diào)用結(jié)構(gòu) 作業(yè) X的常駐區(qū) A（ 8K） 覆蓋區(qū) 0 （ 10K） 覆蓋區(qū) 1 （ 12K） B C D E F 2 覆蓋技術(shù) 作業(yè)大小： 56K 僅需 30K存儲(chǔ)空間 缺點(diǎn) ： 對用戶不透明，增加了用戶負(fù)擔(dān) 例 ：目前這一技術(shù)用于小型系統(tǒng)中的系統(tǒng)程序的內(nèi)存管理上， MSDOS的啟動(dòng)過程中，多次使用覆蓋技術(shù)；啟動(dòng)之后，用戶程序區(qū) TPA的高端部分與 種覆蓋結(jié)構(gòu) 分析 3 交換技術(shù) 引入 ： 多個(gè)程序并發(fā)執(zhí)行，可以將暫時(shí)不能執(zhí)行的程序送到外存中，從而獲得空閑內(nèi)存空間來裝入新程序，或讀入保存在外存中而目前到達(dá)就緒狀態(tài)的進(jìn)程。交換單位為整個(gè)進(jìn)程的地址空間。常用于 多道程序系統(tǒng) 或 小型分時(shí)系統(tǒng) 中。又稱作 對換 或 滾進(jìn) /滾出 (rollin/rollout)； 程序暫時(shí)不能執(zhí)行的可能原因：處于阻塞狀態(tài)，低優(yōu)先級（確保高優(yōu)先級程序執(zhí)行） . 原理 ： 暫停 執(zhí)行內(nèi)存中的進(jìn)程，將整個(gè)進(jìn)程的地址空間 保存到外存 的交換區(qū)中（換出swap out），而將外存中由阻塞變?yōu)榫途w的進(jìn)程的地址空間 讀入 到內(nèi)存中，并將該進(jìn)程送到就緒隊(duì)列（換入 swap in）。 3 交換技術(shù) 優(yōu)點(diǎn)： 增加并發(fā)運(yùn)行的程序數(shù)目，并且給用戶提供適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時(shí)間；編寫程序時(shí)不影響程序結(jié)構(gòu) . 缺點(diǎn)： 對換入和換出的控制 增加 處理機(jī)開銷；程序整個(gè)地址空間都進(jìn)行傳送，沒有考慮執(zhí)行過程中地址訪問的統(tǒng)計(jì)特性。 考慮的問題： ?程序換入時(shí)的重定位； ?減少交換中傳送的信息量，特別是對大程序； ?對外存交換區(qū)空間的管理 . 3 交換技術(shù) 頁式存貯管理 在分區(qū)存儲(chǔ)管理中 ， 不論采用什么辦法都會(huì)出現(xiàn)碎片問題 ， 從而降低了內(nèi)存的利用率 。 雖然采用壓縮存儲(chǔ)區(qū)的方法可以解決碎片問題 ， 但系統(tǒng)開銷太大 ， 而無實(shí)用價(jià)值 ，必須尋求新的技術(shù)來解決這一問題 ， 于是分頁技術(shù)產(chǎn)生了 。 分頁技術(shù)是由曼徹斯特大學(xué)提出 ， 并于1960年前后在 Atlas計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn) 。 這種技術(shù)對操作系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響 。 1 用戶程序劃分 把用戶程序按邏輯頁劃分成大小相等的部分 ,稱為頁 (page)。 從 0開始編制頁號 ,頁內(nèi)地址是相對于 0編址 2 邏輯地址 用戶程序的劃分是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的 ,對用戶是透明的。一般 ,一頁的大小為 2的整數(shù)次冪 ,因此 ,地址的高位部分為頁號 ,低位部分為頁內(nèi)地址 . 0 11 12 31 頁號 P 頁內(nèi)位移量 W 頁式存貯管理 3 內(nèi)存空間 按頁的大小劃分為大小相等的區(qū)域，稱為塊或內(nèi)存塊（物理頁面，頁框） 4 內(nèi)存分配 以頁為單位進(jìn)行分配，并按作業(yè)的頁數(shù)多少來分配。邏輯上相鄰的頁，物理上不一定相鄰 頁式存貯管理 為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)地址變換，還要為該作業(yè)建立一個(gè)頁表 ，用來記錄作業(yè)的邏輯頁與主存塊的映射關(guān)系。 ? 頁表包含以下幾個(gè)表項(xiàng)： ? 頁號：登記程序地址空 間的頁號 。 ? 塊號：登記相應(yīng)的頁所 對應(yīng)的內(nèi)存塊號 ? 其它：登記與存儲(chǔ)信息 保護(hù)有關(guān)的信息 。 頁號 塊號 其它 0 5 … 1 65 … 2 13 … 5 頁表 頁式存貯管理 為作業(yè)建立的頁表放在 主存 。頁表在主存的 始址 和 頁表長度 還要保存在進(jìn)程或作業(yè)的控制塊中。 在頁式管理中，系統(tǒng)為每個(gè)處理機(jī)設(shè)立一個(gè) 控制寄存器 ，用以記錄現(xiàn)運(yùn)行作業(yè)的頁表始址和頁表長度 。在作業(yè)被選中將要運(yùn)行前，操作系統(tǒng)中負(fù)責(zé)恢復(fù)現(xiàn)場程序把該作業(yè)的頁表始址和頁表長度送入該控制寄存器，以便地址轉(zhuǎn)換時(shí)使用。 6 地址變換 頁式存貯管理 頁表長度 頁表地址控制寄存器頁號 頁面號有效地址0 21 32 82 1C4物理地址8 1C4硬件動(dòng)態(tài)地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 工作如下： 1 把該作業(yè)的頁表始址和頁表長度放入控制寄存器中。 2 將程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容的頁號部分 P與控制寄存器中的頁表長度相比較 ,若頁號 頁表長度時(shí)轉(zhuǎn) 3，否則產(chǎn)生地址越界 ,終止程序運(yùn)行。 3 將程序計(jì)數(shù)器中的頁號與控制寄存器中的頁表始址相加 ,得到該訪問操作所在頁號在頁表中的入口地址 4 用該地址去訪頁表 ,獲得該頁所對應(yīng)的主存塊 8 5 把 主存塊號 8與程序計(jì)數(shù)器中的 頁內(nèi)位移 相拼接，從而得到該操作所在主存的 物理地址 6 根據(jù)這個(gè)地址，完成指定操作。 從上述地址轉(zhuǎn)換過程可以看出，執(zhí)行一次訪內(nèi)操作至少要訪問主存兩次。 一次訪頁表，一次是實(shí)現(xiàn)指定操作 。這樣就把程序的執(zhí)行速度降低一倍。為了提高存取速度 ,通常設(shè)置一個(gè)專用的高速緩沖寄存器組 ,用來存放頁表的一部分。我們把存放在高速緩沖寄存器中的頁表叫 快表 ， 這個(gè)高速緩沖寄存器又叫 聯(lián)想存貯器 。 聯(lián)想存貯器的存取速度比主存快 ,但造價(jià)也高。因此只能采用少量 ,整個(gè)系統(tǒng)通常只要用 8~64個(gè)寄存器即可使程序執(zhí)行速度大大提高。 7 快表或聯(lián)想存貯器 頁式存貯管理 ?當(dāng)進(jìn)程訪問一頁時(shí)，系統(tǒng)將頁號與快表中的所有項(xiàng)進(jìn)行 并行比較 。若訪問的頁在快表中，即可立即進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換。 ?當(dāng)被訪問的頁不在快表中時(shí)，就要將由慢表找到的內(nèi)存塊號與虛頁號填入快表中，若快表已滿，則置換其中一項(xiàng)。 ? 另外 ,在設(shè)置快表的情況下 ,硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)在進(jìn)行地址變換時(shí) ,同時(shí)開始兩個(gè)變換過程。一個(gè)是利用主存頁表進(jìn)行的正常變換過程 ,另一個(gè)是利用快表進(jìn)行的快速變換過程。一旦快表中有與查找的頁號相符合時(shí)，則立即停止正常的訪主存頁表過程。并將快表中的塊號與 CPU給出的頁內(nèi)位移相拼接 ,得到訪問主存的絕對地址。從而結(jié)束了快表的查找工作。 具有快表的地址轉(zhuǎn)換過程 p’ 頁表 地址越界 L 比較 P=L p p’ . . 快表 B + 頁號 p 頁內(nèi)地址 d P’ d 物理地址 頁表地址寄存器 頁表長度寄存器 邏輯地址 具有快表的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 快速存儲(chǔ)器應(yīng)設(shè)計(jì)多大才能滿足要求呢？ 多大都是不夠的 ,因?yàn)槌绦驎?huì)更大 快速存儲(chǔ)器非常昂貴 16個(gè)頁表表目的快速存儲(chǔ)器夠嗎？ 硬件根據(jù)需要將頁表中當(dāng)前需要的少量表目讀入快表 ， 其它表目仍留在內(nèi)存的頁表中 ,當(dāng)需要時(shí)讀入新的表目 ， 并淘汰適當(dāng)?shù)谋砟?。 當(dāng)調(diào)度合理時(shí) ,可以達(dá)到 97％ 的效率 。 也就是說訪問頁表的速度大致相當(dāng)了訪問快表的速度 ,考慮到快表的速度是內(nèi)存速度的數(shù)倍或數(shù)十倍 ， 那么相對于內(nèi)存速度 ， 訪問頁表的時(shí)間可以忽略不計(jì) 。 也就是說頁地址變換不會(huì)造成進(jìn)程運(yùn)行速度的下降 。 8 深入一點(diǎn)的討論 頁式存貯管理 優(yōu)點(diǎn) ：解決了碎片問題 便于管理 缺點(diǎn) ：不易實(shí)現(xiàn)共享 不便于動(dòng)態(tài)連接 9 頁式存儲(chǔ)管理方案小結(jié) 頁式存貯管理 請求頁式存貯管理 1 虛擬存儲(chǔ)器 前面的存貯管理的特點(diǎn)是作業(yè)運(yùn)行時(shí)，整個(gè)作業(yè)的地址空間必須全部裝入主存。而當(dāng)作業(yè)的地址空間大于主存可用空間時(shí)，該作業(yè)就無法運(yùn)行。這種存貯管理技術(shù)叫 實(shí)存管理技術(shù) 。 與實(shí)存管理技術(shù)相對應(yīng)的是 虛擬存貯技術(shù) ?，F(xiàn)在許多功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，無論是微型、小型、中大型機(jī)，均采用了虛擬存貯技術(shù)。 1 虛擬存儲(chǔ)器 1)、問題的提出： a 程序大于內(nèi)存 b 程序暫時(shí)不執(zhí)行或運(yùn)行完是否還要占用內(nèi)存 請求頁式存貯管理 虛擬存儲(chǔ)器的 基本思想 是：程序、數(shù)據(jù)、堆棧的大小可以超過內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)把 程序當(dāng)前使用的部分保留在內(nèi)存 ，而把 其它部分保存在磁盤 上，并在需要時(shí)在 內(nèi)存和磁盤之間動(dòng)態(tài)交換 。 虛擬存儲(chǔ)器支持多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。 1 虛擬存儲(chǔ)器 請求頁式存貯管理 1 虛擬存儲(chǔ)器 CP