操作系統(tǒng)原理_方敏_存儲管理-資料下載頁
2025-01-20 06:20本頁面
【正文】 頁表 頁 號 物 理 塊 號 標 志 位1 021 8 134 142 1 15 0訪 問 統(tǒng) 計 外 存 地 址Q：當(dāng)內(nèi)存中沒有空閑頁面時，如果還要調(diào)入一個新頁，如何處理？ 第 51頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 頁面淘汰算法 ? 頁面置換算法決定在需要調(diào)入頁面時，選擇內(nèi)存中哪個物理頁面被置換。 ? 出發(fā)點：希望把未來不再使用的或者短時期內(nèi)較少使用的頁面調(diào)出。 ? 常見的頁面淘汰算法 第 52頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 最佳算法 (OPT) ? 思想：選擇從當(dāng)前時刻開始以后不在使用的頁面淘汰，如果沒有這類頁，則選擇離當(dāng)前頁最遠位置上出現(xiàn)的頁面淘汰。 ? 優(yōu)點：使得頁面調(diào)入調(diào)出的次數(shù)達到最小，這是一種理想情況。 ? 缺點：實際上無法實現(xiàn)，因為系統(tǒng)無法預(yù)知未來頁面的訪問情況。因此只能用作理論上性能評價的標準。 第 53頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 先進先出頁面淘汰算法 (FIFO) ? 思想：選擇最早調(diào)入內(nèi)存的頁面淘汰。 ? 出發(fā)點：近期調(diào)入的頁面被再次訪問的概率要大于早期調(diào)入的頁面。 ? 問題：事實上并非所有的時候都這樣。此時 FIFO算法的性能較差。 ? 舉例： 第 54頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 設(shè)頁面走向為 P=4， 3， 2， 1， 4， 3， 5， 4， 3， 2， 1， 5，主存容量 M=3，采用 FIFO進行頁面淘汰。 缺頁中斷次數(shù) F=9，而缺頁率 f=9/12=75% 第 55頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) Belady現(xiàn)象：可用頁面增大，缺頁率反而升高的現(xiàn)象。 原因： FIFO算法的置換特征與進程訪問內(nèi)存的動態(tài)特征是矛盾的，即被置換的頁面并不是進程不會訪問的。 主存容量 M=4 缺頁中斷次數(shù) F=10，而缺頁率 f=9/12=83% 第 56頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 最近最少使用頁面淘汰算法 (LRU, Least Recently Used) ? 思想：每次選擇內(nèi)存中離當(dāng)前時刻最久未使用過的頁面淘汰。 ? 根據(jù)：局部性原理。 ? 實現(xiàn)方法 ? 硬件方法： ① 一個特殊的棧：把被訪問的頁面移到棧頂，于是棧底的是最久未使用頁面。 ② 每個頁面設(shè)立移位寄存器：被訪問時左邊最高位置 1，定期右移并且最高位補 0，于是寄存器數(shù)值最小的是最久未使用頁面。 第 57頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) ? 軟件方法 增加系統(tǒng)開銷 第 58頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) ? 算法舉例 設(shè)頁面走向為 P=4， 3， 2， 1， 4， 3， 5， 4， 3， 2， 1，5，主存容量 M=3，采用 LRU算法進行頁面淘汰。 缺頁中斷次數(shù) F=10，缺頁率 f =10／ 12=83％ 第 59頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 主存容量 M=4 缺頁中斷次數(shù) F=8，缺頁率 f =8/12=67％ 結(jié)論： LRU算法不會出現(xiàn) Belady現(xiàn)象。 第 60頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) LRU算法的優(yōu)缺點 ? 優(yōu)點 ? 不會出現(xiàn) Belady現(xiàn)象 ? 性能較好，接近 OPT算法 ? 缺點 ? 算法效率不高 ① 需要對整個頁表頻繁進行維護。 ② 比較是算法的基本操作，當(dāng)頁面較多時會消耗大量時間。 第 61頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 最近未使用頁面淘汰算法 (NRU, Not Recently Used) 第二次機會淘汰算法 (SCR) 頁面緩沖算法 (Page Buffering) 第 62頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) 性能分析 ? 顛簸 /抖動 (thrashing) ? 頁面在內(nèi)存與外存之間頻繁調(diào)度，以至于調(diào)度頁面所需時間比進程實際運行的時間還多，此時系統(tǒng)效率急劇下降，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。這種現(xiàn)象稱為顛簸或抖動。 ? 主要原因： ① 頁面淘汰算法不合理。 ② 分配給進程的物理頁面數(shù)太少。 第 63頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) ? 工作集 ? 對一個作業(yè)來說，當(dāng)分配給它的頁面數(shù)目小于某一個數(shù)值時，其缺頁中斷次數(shù)急劇增加，甚至出現(xiàn)頁面抖動現(xiàn)象；而高于這個頁面數(shù)時，缺頁中斷次數(shù)不會明顯減少。此時我們稱這個頁面數(shù)范圍為頁面的 “ 工作集 ” 。 ? 影響工作集的因素 ① 作業(yè)的特征（結(jié)構(gòu)、大小、訪問數(shù)據(jù)的規(guī)律等） ② 作業(yè)的運行時間段等 第 64頁 九、虛擬頁式存儲技術(shù) ? 如何提升系統(tǒng)性能、避免抖動現(xiàn)象 ? 系統(tǒng)可以動態(tài)的計算缺頁中斷率，從而估計工作集的大小，并根據(jù)情況給予調(diào)整。 例如：當(dāng)系統(tǒng)中很多作業(yè)所分配到的頁面大小小于工作集時，應(yīng)當(dāng)掛起某些作業(yè)，然后將其所占用的主存空間分配給優(yōu)先級高的作業(yè)，以避免抖動現(xiàn)象發(fā)生。 第 65頁 十、高速緩沖存儲器 簡稱高速緩存 ? 是為了匹配 CPU的處理速率與內(nèi)存的訪問速度而增加的高速存儲器。其目標是提高 CPU的利用率。高速緩存的使用對用戶是透明的。 ? 高速緩存大小有限，因此對高速緩存管理方法的設(shè)計十分重要，通過精心的選擇緩存大小和設(shè)置合理的置換策略，可以使得命中率達到 80%－ 99%，從而極大的提高系統(tǒng)的性能。 第 66頁 十、高速緩沖存儲器 ? 高速緩存的組織結(jié)構(gòu) 主要作用是緩存內(nèi)存中數(shù)據(jù)，緩沖存儲器分為若干塊 描述各緩沖存儲器塊的狀態(tài)，緩沖目錄的表項與緩沖存儲器塊一一對應(yīng) 負責(zé)緩存目錄的維護和利用緩存淘汰算法進行緩存的更新 第 67頁 本章小結(jié) 概述 ? 存儲體系層次 ? 地址重定位 存儲管理方案 ? 分區(qū)存儲管理方案 ? 頁式存儲管理方案 ? 段式存儲管理方案 ? 段頁式存儲管理方案 內(nèi)存擴充技術(shù) ? 覆蓋技術(shù) ? 交換技術(shù) ? 虛擬存儲技術(shù) ? 請求頁式存儲管理 ? 性能：抖動，工作集等 高速緩沖技術(shù) 第 68頁 作業(yè) P192 習(xí)題 2， 15， 16， 18， 20
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