【正文】 操作系統(tǒng)處理中斷時(shí) ，首先判斷該段的“擴(kuò)充位（增補(bǔ)位）”，如可擴(kuò)充，則增加段的長(zhǎng)度；否則按出錯(cuò)處理 2022/2/17 189 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(méi)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 2022/2/17 190 2022/2/17 191 分段的共享與保護(hù) 段名 段長(zhǎng) 內(nèi)存始址 狀態(tài) 外存始址 共享進(jìn)程計(jì)數(shù) count 狀態(tài) 進(jìn)程名 進(jìn)程號(hào) 段號(hào) 存取控制 … 2022/2/17 192 1)共享段的分配 2)共享段的回收 2022/2/17 193 3. 分段保護(hù) 1)越界檢查 2)存取控制檢查 3)環(huán)保護(hù)機(jī)構(gòu) (1)一個(gè)程序可以訪問(wèn)駐留在相同環(huán)或較低特權(quán)環(huán)中 的數(shù)據(jù) (2)一個(gè)程序可以調(diào)用駐留在相同環(huán)或較高特權(quán)環(huán) 中的服務(wù) 返回 2022/2/17 194 本章小結(jié) ? 熟練掌握分區(qū)分配、基本分頁(yè)存儲(chǔ)管理方式、常用的頁(yè)面置換算法 ? 理解并掌握重定位、對(duì)換、虛擬存儲(chǔ)器、置換、頁(yè)表、段表、邏輯地址、物理地址、邏輯空間、物理空間等基本概念 2022/2/17 195 本章練習(xí)題 。 思想 : 概 述 2022/2/17 186 本節(jié)主要內(nèi)容： 請(qǐng)求分段中的硬件支持 分段的共享與保護(hù) 本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)： 了解請(qǐng)求分段中的硬件支持； 了解分段的共享與保護(hù) 返回 2022/2/17 187 請(qǐng)求分段中的硬件支持 段名 段長(zhǎng) 段的 基址 存取 方式 訪 問(wèn) 字段 A 修 改 字段 M 存在 位 P 增補(bǔ)位 外存 起址 只執(zhí)行、只讀、讀寫 記錄該段被訪問(wèn)的頻繁程度 是否被修改過(guò)，換頁(yè)時(shí)參考 指示本段是否已調(diào)入內(nèi)存 在運(yùn)行過(guò)程中是否進(jìn)行過(guò)動(dòng)態(tài)增長(zhǎng) 2022/2/17 188 越界中斷處理 進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中，有時(shí)需要擴(kuò)大分段，如數(shù)據(jù)段。若內(nèi)存中沒(méi)有足夠大的空閑分區(qū)，則考慮進(jìn)行段的緊湊或?qū)⒛扯位蚰承┒翁蕴鋈ァ? 程序編制方法 2： For i:=1 to 128 For j:=1 to 128 A[i,j]:=0。選擇在最近時(shí)期使用最 少的頁(yè)面作為淘汰頁(yè)。 缺頁(yè)次數(shù)： 8 置換次數(shù)： 4 2022/2/17 174 2. LRU置換算法的硬件支持 1)寄存器 R=Rn1…R1R0 說(shuō)明 :系統(tǒng)為每個(gè)在 內(nèi)存 中的頁(yè)面配置一個(gè)移位寄存器 , 當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)某物理塊時(shí) ,將相應(yīng)寄存器的 Rn1位置成 1. 2) 棧 基本思想：每當(dāng)進(jìn)程訪問(wèn)某頁(yè)時(shí)，便將該頁(yè)面的頁(yè)面號(hào) 從棧中移出，將它壓入棧頂。 2022/2/17 171 LRU算法演示過(guò)程（ m=3） 約定：每一輪訪存進(jìn)行排序，將要置換的頁(yè)放 在下面 1 2 3 4 1 2 5 1 2 3 4 5 1 2 2 1 3 3 4 4 1 1 1 2 2 5 5 √ √ √ √ √ √ √ 2 1 2 1 5 3 3 4 4 5 2 3 √ √ 1 2 3 4 1 2 √ 2022/2/17 172 ? 【 例 3】 設(shè) m=3， 采用 LRU算法 ， 缺頁(yè)中斷次數(shù)及缺頁(yè)率如圖所示 。其實(shí)質(zhì)是，當(dāng)需要置換一頁(yè)時(shí)，選擇在最近一段時(shí)間最久未使用的頁(yè)面予以淘汰。 【 例 2】 2022/2/17 169 圖為 FIFO算法性能分析（ m=4） 2022/2/17 170 最近最久未使用 (LRU)置換算法 這種算法的 基本思想 是 :如果某一頁(yè)被訪問(wèn)了，那么它很可能馬上又被訪問(wèn)；反之，如果某一頁(yè)很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有被訪問(wèn)，那么最近也不太可能會(huì)被訪問(wèn)。 隨著分配的主存塊數(shù)的增加 ，缺頁(yè)中斷次數(shù)不但沒(méi)有降低 ， 反而增加了 。 2022/2/17 168 ?設(shè) m=4， 仍采用 FIFO算法 ， 缺頁(yè)中斷次數(shù)及缺頁(yè)率 如下圖 所示 。 ?在圖中， P行表示頁(yè)面走向， M行表示在主存中的頁(yè)面號(hào)，其中帶有 +的表示新調(diào)入頁(yè)面，在 M行的各列按調(diào)入的順序排列，帶有圓圈的數(shù)字表示下一時(shí)刻將被淘汰頁(yè)面， F行表示是否引起缺頁(yè)中斷，帶 √號(hào)的表示引起缺頁(yè)中斷。理由是：最先進(jìn)入內(nèi)存的頁(yè)面不再被訪 問(wèn)的可能性最大。 例子： 求 :缺頁(yè)次數(shù)、缺頁(yè)率及置換次數(shù) 2022/2/17 163 最佳（ Optimal）置換算法 發(fā)生了 6次面置換， 9次缺頁(yè)中斷 ,。但是，可把它作為一種評(píng)價(jià) 標(biāo)準(zhǔn)，比較其他實(shí)用方法的優(yōu)劣，所以，最優(yōu)算法 只具有理論上的意義。這就是最佳算法的思想。 3)可變分配局部置換 2022/2/17 154 3. 物理塊分配算法 1)平均分配算法 2)按比例分配算法 3)考慮優(yōu)先權(quán)的分配算法 2022/2/17 155 頁(yè)面調(diào)入策略 (1)預(yù)調(diào)入策略 (2)請(qǐng)求調(diào)頁(yè)策略 （ 1）從對(duì)換區(qū)調(diào)入（系統(tǒng)擁有足夠的對(duì)換空間） （ 2）從文件區(qū)調(diào)入（文件不會(huì)被修改） （ 3） UNIX方式 2022/2/17 156 若缺頁(yè) ,向 CPU發(fā)缺頁(yè)中斷 CPU調(diào)用缺頁(yè)中斷處理程序 中斷處理程序調(diào)頁(yè) 若頁(yè)未被修改 ,不必回寫 若頁(yè)已被修改 , 必須回寫 若內(nèi)存已滿 ,置換 返回 2022/2/17 157 頁(yè)面置換算法 P149 概 述 通常，把選擇換出的算法稱為頁(yè)面置換算法。 若太少，會(huì)頻繁地出現(xiàn)缺頁(yè)中斷，降低了系統(tǒng)的吞吐量； 若太多，必然使內(nèi)存中駐留的進(jìn)程數(shù)目減少，造成資源 空閑。 若系統(tǒng)為某進(jìn)程所分配的物理塊數(shù)少于此值時(shí)， 進(jìn)程將無(wú)法運(yùn)行，這取決于指令的格式、功能 和尋址方式。 （ 2）一條指令在執(zhí)行期間，可能產(chǎn)生多 次缺頁(yè)中斷。 請(qǐng)求分頁(yè)中的硬件支持 頁(yè)號(hào) 物理塊號(hào) 狀態(tài)位 P 訪問(wèn)字段 A 修改位 M 外存地址 頁(yè) 表 用于指示該頁(yè)是否已調(diào)入內(nèi)存 用于記錄本頁(yè)在一段時(shí)間內(nèi)被訪問(wèn)的次數(shù)，或最近已有多長(zhǎng)時(shí)間未被訪問(wèn) 表示該頁(yè)在調(diào)入內(nèi)存后是否被修改過(guò) 用于指出該頁(yè)在外存上的地址 2022/2/17 147 ?在地址映射過(guò)程中，在頁(yè)表中發(fā)現(xiàn)所要訪問(wèn)的頁(yè)不在內(nèi)存，則產(chǎn)生缺頁(yè)中斷。 概 述 2022/2/17 143 基本工作原理 : 在進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行之前，不是裝入全部頁(yè)面，而是裝入一個(gè)或零個(gè)頁(yè)面，之后根據(jù)進(jìn)程運(yùn)行的需要，動(dòng)態(tài)裝入其它頁(yè)面；當(dāng)內(nèi)存空間已滿，而又需要裝入新的頁(yè)面時(shí)，則根據(jù)某種算法淘汰某個(gè)頁(yè)面，以便裝入新的頁(yè)面 2022/2/17 144 此時(shí)，系統(tǒng)必須解決以下兩個(gè)問(wèn)題： （ 2）當(dāng)需要把外存上的某個(gè)頁(yè)面調(diào)入內(nèi)存 時(shí)，此時(shí)內(nèi)存中沒(méi)有空閑塊應(yīng)怎么辦？ （ 1）當(dāng)程序要訪問(wèn)的某頁(yè)不在內(nèi)存時(shí)，如 何發(fā)現(xiàn)這種缺頁(yè)情況？發(fā)現(xiàn)后應(yīng)如何處理？ 2022/2/17 145 本節(jié)主要內(nèi)容： 請(qǐng)求分頁(yè)中的硬件支持 內(nèi)存分配策略和分配算法 調(diào)頁(yè)策略 本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)： 掌握請(qǐng)求分頁(yè)中的硬件支持； 了解內(nèi)存分配策略和分配算法； 掌握調(diào)頁(yè)策略 返回 2022/2/17 146 在請(qǐng)求分頁(yè)系統(tǒng)中所需要的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，仍然是頁(yè)表。 對(duì)換性 對(duì)換性是指允許在作業(yè)地運(yùn)行過(guò)程中換進(jìn)、換出 換進(jìn)、換出能有效地提高內(nèi)存利用率 虛擬性 虛擬性是指能夠從邏輯上擴(kuò)充內(nèi)存容量 虛擬性是虛擬存儲(chǔ)器所表現(xiàn)出來(lái)的最重要的特征。 2022/2/17 139 1)硬件支持 ① 請(qǐng)求分段的段表機(jī)制 ② 缺段中斷機(jī)構(gòu) ③ 地址變換機(jī)構(gòu) 2）實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求分段的軟件 主要包括實(shí)現(xiàn) 請(qǐng)求調(diào)段的軟件 和實(shí)現(xiàn) 段置換的軟件 2022/2/17 140 ： 它是在段頁(yè)式系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上，增加了請(qǐng)求調(diào)頁(yè)和頁(yè)面置換功能 所形成的段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。 2022/2/17 137 1)硬件支持 ① 請(qǐng)求分頁(yè)的頁(yè)表機(jī)制 ② 缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu) ③ 地址變換機(jī)構(gòu) 2）實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求分頁(yè)的軟件 主要包括實(shí)現(xiàn) 請(qǐng)求調(diào)頁(yè)的軟件 和實(shí)現(xiàn) 頁(yè)面置換的軟件 2022/2/17 138 它是在分段系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請(qǐng)求調(diào)段和 分段置換功能所形成的段式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。 例子： 設(shè)主存容量為 1MB，輔助存儲(chǔ)器容量為 400MB,計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)的地址寄存器有 24位，那么虛存的最大容量是 ________MB. 答案： 16MB 2022/2/17 136 虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方法 P143 它是在分頁(yè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了請(qǐng)求調(diào)頁(yè)功能 和頁(yè)面置換功能所形成的頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)系統(tǒng)。 定 義 2022/2/17 135 虛擬存儲(chǔ)器的邏輯容量由內(nèi)存容量和外存容量之和決定， 其運(yùn)行速度接近于內(nèi)存速度，而成本接近于外存。 （ 2）空間局限性。 2022/2/17 132 局限性又表現(xiàn)為： （ 1）時(shí)間局限性。 （ 3）程序中存在許多循環(huán)結(jié)構(gòu)，它們雖由少數(shù)指令構(gòu)成 ，但多次執(zhí)行。 內(nèi)存分配 以頁(yè)為單位離散分配，無(wú)外碎片，所以也無(wú)緊縮問(wèn)題 以段為單位離散分配，類同可變分區(qū)，會(huì)產(chǎn)生許多分散的小自由分區(qū) —— 外碎片，造成主存利用率低，需采用緊縮解決碎片問(wèn)題，但緊縮需花費(fèi)機(jī)時(shí) 分頁(yè)和分段比較： 2022/2/17 121 分 頁(yè) 分 段共享和存取訪問(wèn)控制在同一頁(yè)面中包含共享的程序和私用的數(shù)據(jù)，使共享和存取訪問(wèn)控制困難；便于共享段邏輯上完整信息共享有價(jià)值 , 提高主存利用率；便于控制存取訪問(wèn)，段是邏輯上完整信息可根據(jù)各段信息決定存取訪問(wèn)權(quán)動(dòng)態(tài)連接不能動(dòng)態(tài)連接；提供動(dòng)態(tài)連接的便利，運(yùn)行中不用的模塊可以不連接調(diào)入，節(jié)省內(nèi)存空間動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)不能動(dòng)態(tài)增長(zhǎng) 便于處理變化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)段，可動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)分頁(yè)和分段比較 2022/2/17 122 信息共享 例子 : 有一個(gè)多用戶系統(tǒng) ,可同時(shí)接納 40個(gè)用戶 ,它們都執(zhí)行一 個(gè)文本編輯程序 .如果文本編輯程序含有 160KB的代碼 和 40KB的數(shù)據(jù)區(qū) ,若不允許共享，則總共需要 : 8MB的內(nèi)存空間 . 如果代碼是可重入的 ,則總共需要 : 40 40+160=1760KB. 又稱為純代碼，允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問(wèn) 2022/2/17 123 分頁(yè)與分段共享比較 : 進(jìn)程 1 進(jìn)程 2 ed1 ed40 d1 d10 頁(yè)表 頁(yè)表 21 60 61 70 71 80 21 60 21 60 2022/2/17 124 段頁(yè)式存儲(chǔ)管理方式 段號(hào) (S) 段內(nèi)頁(yè)號(hào) (P) 頁(yè)內(nèi)地址 (W) 地址結(jié)構(gòu) 2022/2/17 125 基本思想： 用戶程序劃分：按段式劃分（對(duì)用戶來(lái)講，按段的邏輯關(guān)系進(jìn)行劃分；對(duì)系統(tǒng)講，按頁(yè)劃分每一段） 邏輯地址： 內(nèi)存劃分：按頁(yè)式存儲(chǔ)管理方案 內(nèi)存分配：以頁(yè)為單位進(jìn)行分配 段號(hào) 段內(nèi)地址 頁(yè)號(hào) 頁(yè)內(nèi)地址 2022/2/17 126 ：記錄了每一段的頁(yè)表始址和頁(yè)表長(zhǎng)度 ：記錄了邏輯頁(yè)號(hào)與內(nèi)存塊號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系（每一段有一個(gè)，一個(gè)程序可能有多個(gè)頁(yè)表） ：同頁(yè)式管理 返回 2022/2/17 127 虛擬存儲(chǔ)器的基本概念 P141 前面的存儲(chǔ)器管理方式存在下列情況： （ 1）有的作業(yè)很大，不能被全部裝入內(nèi)存 （ 2）有大量作業(yè)要求運(yùn)行，但由于內(nèi)存容量不足以 容納所有這些作業(yè)，只能將少數(shù)作業(yè)裝入內(nèi)存讓它們 先運(yùn)行，而將其它大量的作業(yè)留在外存上等待。 段的長(zhǎng)度是不固定的，由用戶確定。 頁(yè) / 段單位 劃分 頁(yè)是信息的物理單位，頁(yè)的大小是固定的，而且由系統(tǒng)確定