操作系統(tǒng)原理_方敏_存儲(chǔ)管理-資料下載頁
2025-01-20 06:20本頁面
【正文】 頁表 頁 號(hào) 物 理 塊 號(hào) 標(biāo) 志 位1 021 8 134 142 1 15 0訪 問 統(tǒng) 計(jì) 外 存 地 址Q：當(dāng)內(nèi)存中沒有空閑頁面時(shí)，如果還要調(diào)入一個(gè)新頁，如何處理？ 第 51頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)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(shí)，選擇內(nèi)存中哪個(gè)物理頁面被置換。 ? 出發(fā)點(diǎn)：希望把未來不再使用的或者短時(shí)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(chǔ)技術(shù) 最佳算法 (OPT) ? 思想：選擇從當(dāng)前時(shí)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(yuǎn)位置上出現(xiàn)的頁面淘汰。 ? 優(yōu)點(diǎn)：使得頁面調(diào)入調(diào)出的次數(shù)達(dá)到最小，這是一種理想情況。 ? 缺點(diǎn)：實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄到y(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(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。 第 53頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) 先進(jìn)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(diǎn)：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(shí)上并非所有的時(shí)候都這樣。此時(shí) FIFO算法的性能較差。 ? 舉例： 第 54頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) 設(shè)頁面走向?yàn)?P=4， 3， 2， 1， 4， 3， 5， 4， 3， 2， 1， 5，主存容量 M=3，采用 FIFO進(jìn)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(chǔ)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(jìn)程訪問內(nèi)存的動(dòng)態(tài)特征是矛盾的，即被置換的頁面并不是進(jìn)程不會(huì)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(chǔ)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(shí)刻最久未使用過的頁面淘汰。 ? 根據(jù)：局部性原理。 ? 實(shí)現(xiàn)方法 ? 硬件方法： ① 一個(gè)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(gè)頁面設(shè)立移位寄存器：被訪問時(shí)左邊最高位置 1，定期右移并且最高位補(bǔ) 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(chǔ)技術(shù) ? 軟件方法 增加系統(tǒng)開銷 第 58頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) ? 算法舉例 設(shè)頁面走向?yàn)?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(jìn)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(chǔ)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(huì)出現(xiàn) Belady現(xiàn)象。 第 60頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) LRU算法的優(yōu)缺點(diǎn) ? 優(yōu)點(diǎn) ? 不會(huì)出現(xiàn) Belady現(xiàn)象 ? 性能較好，接近 OPT算法 ? 缺點(diǎn) ? 算法效率不高 ① 需要對(duì)整個(gè)頁表頻繁進(jìn)行維護(hù)。 ② 比較是算法的基本操作，當(dāng)頁面較多時(shí)會(huì)消耗大量時(shí)間。 第 61頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) 最近未使用頁面淘汰算法 (NRU, Not Recently Used) 第二次機(jī)會(huì)淘汰算法 (SCR) 頁面緩沖算法 (Page Buffering) 第 62頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) 性能分析 ? 顛簸 /抖動(dòng) (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(shí)間比進(jìn)程實(shí)際運(yùn)行的時(shí)間還多，此時(shí)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(dòng)。 ? 主要原因： ① 頁面淘汰算法不合理。 ② 分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù)太少。 第 63頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) ? 工作集 ? 對(duì)一個(gè)作業(yè)來說，當(dāng)分配給它的頁面數(shù)目小于某一個(gè)數(shù)值時(shí)，其缺頁中斷次數(shù)急劇增加，甚至出現(xiàn)頁面抖動(dòng)現(xiàn)象；而高于這個(gè)頁面數(shù)時(shí)，缺頁中斷次數(shù)不會(huì)明顯減少。此時(shí)我們稱這個(gè)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(yùn)行時(shí)間段等 第 64頁 九、虛擬頁式存儲(chǔ)技術(shù) ? 如何提升系統(tǒng)性能、避免抖動(dòng)現(xiàn)象 ? 系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)的計(jì)算缺頁中斷率，從而估計(jì)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(shí)，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(jí)高的作業(yè)，以避免抖動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。 第 65頁 十、高速緩沖存儲(chǔ)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(chǔ)器。其目標(biāo)是提高 CPU的利用率。高速緩存的使用對(duì)用戶是透明的。 ? 高速緩存大小有限，因此對(duì)高速緩存管理方法的設(shè)計(jì)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(dá)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(chǔ)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(chǔ)器分為若干塊 描述各緩沖存儲(chǔ)器塊的狀態(tài)，緩沖目錄的表項(xiàng)與緩沖存儲(chǔ)器塊一一對(duì)應(yīng) 負(fù)責(zé)緩存目錄的維護(hù)和利用緩存淘汰算法進(jìn)行緩存的更新 第 67頁 本章小結(jié) 概述 ? 存儲(chǔ)體系層次 ? 地址重定位 存儲(chǔ)管理方案 ? 分區(qū)存儲(chǔ)管理方案 ? 頁式存儲(chǔ)管理方案 ? 段式存儲(chǔ)管理方案 ? 段頁式存儲(chǔ)管理方案 內(nèi)存擴(kuò)充技術(shù) ? 覆蓋技術(shù) ? 交換技術(shù) ? 虛擬存儲(chǔ)技術(shù) ? 請(qǐng)求頁式存儲(chǔ)管理 ? 性能：抖動(dòng)，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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