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正文內(nèi)容

[管理學(xué)]第四章存儲(chǔ)器管理-資料下載頁

2025-01-21 20:50本頁面
  

【正文】 虛擬存儲(chǔ)技術(shù) 虛存 :把內(nèi)存與外存有機(jī)的結(jié)合起來使用,從而得到一個(gè)容量很大的“內(nèi)存”,這就是虛存 實(shí)現(xiàn)思想 :當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行時(shí),先將一部分程序裝入內(nèi)存,另一部分暫時(shí)留在外存,當(dāng)要執(zhí)行的指令不在內(nèi)存時(shí),由系統(tǒng)自動(dòng)完成將它們從外存調(diào)入內(nèi)存工作 目的 : 提高內(nèi)存利用率 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 虛擬頁式存儲(chǔ)管理 基本工作原理 在進(jìn)程開始運(yùn)行之前,不是裝入全部頁面,而是裝入一個(gè)或零個(gè)頁面,之后根據(jù)進(jìn)程運(yùn)行的需要,動(dòng)態(tài)裝入其它頁面;當(dāng)內(nèi)存空間已滿,而又需要裝入新的頁面時(shí),則根據(jù)某種算法淘汰某個(gè)頁面,以便裝入新的頁面 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 頁表表項(xiàng) 中斷位(駐留位): 表示該頁是在內(nèi)存還是在外存 訪問位: 根據(jù)訪問位來決定淘汰哪頁(由不同的算法決定) 修改位: 查看此頁是否在內(nèi)存中被修改過 頁號(hào) 中斷位 內(nèi)存塊號(hào) 外存地址 訪問位 修改位 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?缺頁中斷( Page Fault) ?在地址映射過程中,在頁表中發(fā)現(xiàn)所要訪問的頁不在內(nèi)存,則產(chǎn)生缺頁中斷。操作系統(tǒng)接到此中斷信號(hào)后,就調(diào)出缺頁中斷處理程序,根據(jù)頁表中給出的外存地址,將該頁調(diào)入內(nèi)存,使作業(yè)繼續(xù)運(yùn)行下去 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?如果內(nèi)存中有空閑塊,則分配一頁,將新調(diào)入頁裝入內(nèi)存,并修改頁表中相應(yīng)頁表項(xiàng)目的駐留位及相應(yīng)的內(nèi)存塊號(hào) ?若此時(shí)內(nèi)存中沒有空閑塊,則要淘汰某頁,若該頁在內(nèi)存期間被 修改 過,則要將其 寫回 外存 ?頁面淘汰算法 ?先進(jìn)先出頁面淘汰算法( FIFO) 選擇在內(nèi)存中駐留時(shí)間最長(zhǎng)的頁并淘汰之 ?第二次機(jī)會(huì)淘汰算法 (SCR) 按照先進(jìn)先出算法選擇某一頁面,檢查其訪問位,如果為 0,則淘汰該頁,如果為 1,則給第二次機(jī)會(huì),并將訪問位置 0 ?理想淘汰算法 — 最佳頁面算法( OPT) 淘汰以后不再需要的或最遠(yuǎn)的將來才會(huì)用到的頁面 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ?最近最少使用頁面淘汰算法( LRU) 選擇最后一次訪問時(shí)間距離當(dāng)前時(shí)間最長(zhǎng)的一頁并淘汰之 即淘汰沒有使用的時(shí)間最長(zhǎng)的頁 實(shí)現(xiàn)代價(jià)很高 時(shí)間戳或硬件方法 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 例子 1:計(jì)算缺頁次數(shù) 某程序在內(nèi)存中分配三個(gè)頁面,初始為空,頁面走向?yàn)?4, 3, 2, 1, 4, 3, 5, 4,3, 2, 1, 5 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 FIFO 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5 頁 1 4 3 2 1 4 3 5 5 5 2 1 1 頁 2 4 3 2 1 4 3 3 3 5 2 2 頁 3 4 3 2 1 4 4 4 3 5 5 x x x x x x x ? ? x x ? 共缺頁中斷 9次 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 LRU 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5 頁 1 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5 頁 2 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 頁 3 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 x x x x x x x ? ? x x x 共缺頁中斷 10次 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 OPT 4 3 2 1 4 3 5 4 3 2 1 5 頁 1 4 3 2 1 1 1 5 5 5 2 1 1 頁 2 4 3 3 3 3 3 3 3 5 5 5 頁 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 x x x x ? ? x ? ? x x ? 共缺頁中斷 7次 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 例子 2:計(jì)算缺頁次數(shù) 某程序在內(nèi)存中分配 m頁初始為空,頁面走向?yàn)?1, 2, 3, 4, 1, 2, 5, 1, 2, 3,4, 5。當(dāng) m=3, m=4時(shí)缺頁中斷分別為多少?用 FIFO算法 課堂練習(xí): 分別用 LRU, OPT算法計(jì)算缺頁中斷次數(shù) 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 例子 2:計(jì)算缺頁次數(shù) m=3時(shí),缺頁中斷 9次 m=4時(shí),缺頁中斷 10次 注: FIFO頁面淘汰算法會(huì)產(chǎn)生異常現(xiàn)象( Belady現(xiàn)象 :顛簸 ),即:當(dāng)分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù)增加時(shí),缺頁次數(shù)反而增加 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 影響缺頁次數(shù)的因素 (1) 分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù) (2) 頁面本身的大小 (3) 程序的編制方法 (4) 頁面淘汰算法 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 性能問題 顛簸(抖動(dòng)) 在虛存中,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) 原因: ?頁面淘汰算法不合理 ?分配給進(jìn)程的物理頁面數(shù)太少 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 工作集( Working Set)模型 基本思想 : 根據(jù)程序的局部性原理,一般情況下,進(jìn)程在一段時(shí)間內(nèi)總是集中訪問一些頁面,這些頁面稱為活躍頁面,如果分配給一個(gè)進(jìn)程的物理頁面數(shù)太少了,使該進(jìn)程所需的活躍頁面不能全部裝入內(nèi)存,則進(jìn)程在運(yùn)行過程中將頻繁發(fā)生中斷 如果能為進(jìn)程提供與活躍頁面數(shù)相等的物理頁面數(shù),則可減少缺頁中斷次數(shù) 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 對(duì)于給定的訪問序列選取定長(zhǎng)的區(qū)間,稱為工作集窗口,落在工作集窗口中的頁面集合稱為工作集 內(nèi)容取決于頁的三個(gè)因素: ? 訪頁序列特性 ? 時(shí)刻 Ti ? 窗口長(zhǎng)度 (△ ) 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 例: 26157775162341234443434441328674 | t1 | | t2 | ws(t1)={1,2,5,6,7} ws(t2)={3,4} 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 ? 課堂練習(xí) 上例中,采用工作集算法,總共需要分配多少頁面才能保證在程序執(zhí)行過程中不發(fā)生缺頁中斷。 如果采用 FIFO算法,初始頁面數(shù)為工作集長(zhǎng)度,計(jì)算缺頁中斷次數(shù)。 LRU與 OPT算法呢? 虛擬段式存儲(chǔ)管理 段表內(nèi)容 增加:特征位(在 /不在內(nèi)存,是否可共享),存取權(quán)限位(讀,寫,執(zhí)行),標(biāo)志位(是否修改過,能否移動(dòng)),擴(kuò)充位(固定長(zhǎng) /可擴(kuò)充 ) 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 越界中斷處理 進(jìn)程在執(zhí)行過程中,有時(shí)需要擴(kuò)大分段,如數(shù)據(jù)段。由于要訪問的地址超出原有的段長(zhǎng),所以有 越界中斷 。操作系統(tǒng)處理中斷時(shí) ,首先判斷該段的“擴(kuò)充位”,如可擴(kuò)充,則增加段的長(zhǎng)度;否則按出錯(cuò)處理 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 缺段中斷處理 檢查內(nèi)存中是否有足夠的空閑空間 ①若有,則裝入該段,修改有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),中斷返回 ②若沒有,檢查內(nèi)存中空閑區(qū)的總和是否滿足要求,是則應(yīng)采用緊縮技術(shù),轉(zhuǎn)① ;否則,淘汰一(些)段,轉(zhuǎn)① 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 虛擬存儲(chǔ)器的特征 1. 多次性 2. 對(duì)換性 3. 虛擬性 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 交換技術(shù)與覆蓋技術(shù) 在多道環(huán)境下擴(kuò)充內(nèi)存的方法,用以解決在較小的存儲(chǔ)空間中運(yùn)行較大程序時(shí)遇到的矛盾 覆蓋技術(shù)主要用在早期的操作系統(tǒng)中 交換技術(shù)被廣泛用于小型分時(shí)系統(tǒng)中,交換技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了虛存技術(shù)的出現(xiàn) 交換技術(shù)與覆蓋技術(shù)共同點(diǎn): 進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)主要放在外存,當(dāng)前需要執(zhí)行的部分放在內(nèi)存,內(nèi)外存之間進(jìn)行信息交換 不同點(diǎn):如何控制交換? 交換技術(shù)與覆蓋技術(shù) 虛擬存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn) 虛擬存儲(chǔ)空間 物理存儲(chǔ)空間 請(qǐng)求調(diào)頁 請(qǐng)求調(diào)段 交換與覆蓋
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