【正文】 命中 命中 命中 命中 命中 命中 命中 命中 命中 命中 命中 命中 第五章 存 儲 管 理 5. 6 段式管理 1. 段式存儲管理的基本思想 2. 段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換 3. 段的共享與保護(hù) 4. 段式管理的特點(diǎn) 第五章 存 儲 管 理 段式存儲管理的基本思想 段式存儲管理中以段為單位分配內(nèi)存 ,每段分配一個連續(xù)的內(nèi)存區(qū) .但各段之間不要求 連續(xù) .內(nèi)存的分配和回收與動態(tài)分區(qū)分配類似 .段是一個邏輯概念，就是用戶在編寫程 序的時候你就可以劃分成段。 分段地址空間示例： 主程序 0 1K 分段 A 子程序 0 600 分段 B 子程序 0 400 分段 C 由于段式存儲管理系統(tǒng)中作業(yè)的地址空間是二維的，因此地址結(jié)構(gòu)包括 2部分： 段號和段內(nèi)位移。 段號 S 位移量 W 0 11 12 31 第五章 存 儲 管 理 段的中斷處理過程算法如下： 算法 FOLD(新段 X的長度） BEGIN { IF (內(nèi)存中的空閑區(qū) X ) { IF (內(nèi)存中空閑區(qū)總和 X) 按 FIFO、 LRU算法淘汰老段； ELSE 合并空閑區(qū)形成不小于 X段的空閑區(qū)； } 為 X段分配內(nèi)存空閑區(qū)； 將 X段調(diào)入內(nèi)存并改寫段表； RETURN。 } END 第五章 存 儲 管 理 段式存儲管理的地址轉(zhuǎn)換 在段式管理地址變換過程中，和頁式變換基本相同，先要為運(yùn)行的進(jìn)程建立一個段表 段號 段長 存取權(quán)限 狀態(tài) 起始地址 修改位 增補(bǔ)位 0 1 R 0 4280 0 段式存儲變換的具體過程 段表地址 段表地址寄存器 1 124 段號 段長 存取權(quán)限 狀態(tài) 起始地址 修改位 增補(bǔ)位 0 1 R 0 4280 0 0 2 3 4404 在段式系統(tǒng)中，分段的共享是通過 2個作業(yè)的段表中相應(yīng)表目都指向被共享部分的同一物理副本來實(shí)現(xiàn)的。大多數(shù)實(shí)現(xiàn)共享的系統(tǒng)中，程序被分成過程區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。 不能修改的過程稱為純過程或可重入過程，這樣的過程和不能修改的數(shù)據(jù)是可以共享的，而可修改的程序和數(shù)據(jù)則不能共享。 第五章 存 儲 管 理 段的共享與保護(hù) 在段式系統(tǒng)中，分段的共享是通過 2個作業(yè)的段表中相應(yīng)表目都指向被共享部分的同一個物理副本來實(shí)現(xiàn)的。大多數(shù)實(shí)現(xiàn)共享的系統(tǒng)中，程序被分成過程區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)。 不能修改的過程稱為純過程或可重入過程，這樣的過程和不能修改的數(shù)據(jù)是可以共享的，而可修改的程序和數(shù)據(jù)則不能共享。 第五章 存 儲 管 理 段式管理的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) : 1. 提供了內(nèi)外統(tǒng)一管理的虛存實(shí)現(xiàn)方案 2. 段式虛擬每次交換的是一個程序段或數(shù)據(jù)段。 3. 在段式管理中，段長可根據(jù)需要動態(tài)地調(diào)整。 缺點(diǎn)： 1. 要求更多的硬件支持，提高了機(jī)器的成本。 2. 由于在內(nèi)存空閑區(qū)管理方式上與分區(qū)管理相同，因而存在碎片問題。 3. 每段的長度受內(nèi)存可用空閑區(qū)大小的限制。 4. 若淘汰算法選擇不當(dāng)，也有可能產(chǎn)生抖動。 頁式管理與 段式管理的主要區(qū)別： ① 頁是信息的物理單位，分頁是為了實(shí)現(xiàn)非連續(xù)分配，以便解決內(nèi)存碎片問題。段是信息的邏輯單位，它含有一組意義相對完整的信息。分段的目的是為了更好實(shí)現(xiàn)共享滿足用戶的需要。 ② 頁的大小固定且由系統(tǒng)確定，將邏輯地址劃分成頁號和頁內(nèi)地址是由機(jī)器硬件實(shí)現(xiàn)的。而段的長度卻不固定，決定于用戶所編寫的程序。通常由編譯程序再對源程序進(jìn)行編譯時根據(jù)信息的性質(zhì)來劃分。 ③ 分頁的作業(yè)地址空間是一維的，分段的地址空間是二維的。 第五章 存 儲 管 理 5. 7 段頁式存儲管理 基本思想：把段式和頁式二者的優(yōu)點(diǎn)都結(jié)合起來，然后統(tǒng)一地進(jìn)行考慮。一個邏輯地 址用 3個參數(shù)表示：段號 S,頁號 P,頁內(nèi)地址偏移量 D. S P D 為指出運(yùn)行進(jìn)程的段表地址，系統(tǒng)中有一個段表地址寄存器來指出進(jìn)程的段表起始地址和段表長度。 第五章 存 儲 管 理 段表地址 段表長度 段表寄存器 段號 S 頁號 P 頁內(nèi)地址 D 虛地址 V＝ (S,P,D) 0 2 1 3 2 1 段號 頁表長度 物理地址 ＋ 越界中斷 頁表始地址 ＋ 0 2 1 3 頁號 頁架號 ＋ 段頁式存儲管理中地址轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換過程： ① 地址轉(zhuǎn)換硬件將段表寄存器內(nèi)容與指定地址場中的段號 S按段表的表目進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊莆缓笙嗉?，得到欲訪問段 S在該進(jìn)程的段表中的段表項。 ② 從該表的表目中得到該段的頁表起始地址，并將其與地址場中的頁號 P相加后得到欲訪問頁 P在該段的頁表中的表目入口地址。 ③ 從該頁表表目中取出其對應(yīng)的頁架號與指令地址場中的頁內(nèi)地址 D拼裝形成絕對地址。 若運(yùn)行過程訪問虛地址 V(S,P,D)，在沒有聯(lián)想寄存器下，地址轉(zhuǎn)換過程如下： 第五章 存 儲 管 理 段頁式存儲管理的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn) ： (1) 提供二維地址空間，有利于內(nèi)存共享。 (2) 便于段動態(tài)擴(kuò)充，有利于實(shí)現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 (3) 對于大型軟件，只需在運(yùn)行中動態(tài)鏈接需要的段。 (4) 把零頭轉(zhuǎn)換為頁內(nèi)零頭，提高了存儲空間的利用率。 缺點(diǎn) ： (1) 復(fù)雜性和開銷增加了。 (2) 需要的硬件以及占用的內(nèi)存頁需要增加。 (3) 如果不采用聯(lián)想存儲器，就會大大降低內(nèi)存訪問效率。 例： 有一段頁式系統(tǒng)，段表和頁表存放在主存中。 (1) 如果對主存的一次存取需要 ，問：實(shí)現(xiàn)一次頁面訪問的存取時間 是多少？ (2) 如果系統(tǒng)有快表，平均命中率為 85％。當(dāng)頁表項在快表中時，其查找時 間忽略不計，問：此時的存取時間是多少？ 第五章 存 儲 管 理 程序的局部性：是指在一段時間內(nèi)程序僅僅集中訪問某一部分地址空間，具體 包括時間局部性和空間局部性 抖動與程序局部性 缺頁率：設(shè)進(jìn)程訪問內(nèi)存成功的次數(shù)為 S,缺頁的次數(shù)為 F，則總訪問次數(shù)為 A， 缺頁率 W=F/A。 抖動：指頁面在內(nèi)存與外存字節(jié)頻繁地?fù)Q入換出，以致于系統(tǒng)用于調(diào)度頁面所需要的 時間比進(jìn)程實(shí)際運(yùn)行作業(yè)所占用的時間還要多。 抖動的原因 抖動是由于頁的缺頁率很高而引起的，頁的缺頁率高的原因主要有下面兩點(diǎn)： ① 分配給進(jìn)程的物理頁架數(shù)過少 ② 頁面置換算法不合理 ③ 程序結(jié)構(gòu) 第五章 存 儲 管 理 抖動的處理 ① 增加分給進(jìn)程的物理頁架數(shù) ② 改進(jìn)頁面置換算法 ③ 用戶編寫程序時也要充分考慮程序的局部性特征 工作集：在某一個時間范圍之內(nèi)，進(jìn)程實(shí)際上要訪問的頁的集合。所以把一個運(yùn)行在 tw到 t 這個時間間隔內(nèi)所訪問的頁的集合稱為該進(jìn)程在時間 t的工作集，記為 W(t,w),并稱 w為“工作集窗口尺寸”。 工作集 . 第五章 存 儲 管 理 最少頁架數(shù) (1) 一個指令 (2) 間接字 頁式存儲管理的優(yōu)點(diǎn) : ① 提高了系統(tǒng)資源 (內(nèi)存 )的利用率 ,解決了固定、可變分區(qū)中的碎片問題。 ② 引入虛擬存儲思想之后，能夠?qū)崿F(xiàn)存儲器的擴(kuò)充。 頁式存儲管理的缺點(diǎn) : 共享內(nèi)存問題。