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操作系統(tǒng)課件-第3章存儲(chǔ)管理(參考版)

2025-08-04 15:01本頁(yè)面
  

【正文】 ? A~C: ① 提高主存的利用率; ? ② 提高系統(tǒng)的吞吐量; ? ③ 滿足用戶需要; ? ④ 更好地滿足多道程序運(yùn)行的需要; ? ⑤ 既滿足用戶要求,又提高主存利用率。A、B: ① 計(jì)算機(jī)字長(zhǎng); ② 內(nèi)存容量; ③ 硬盤(pán)容量; ④ 內(nèi)存和硬盤(pán)容量之和; ⑤ 計(jì)算機(jī)的地址結(jié)構(gòu)。第一次從內(nèi)存中取得____,第二次從內(nèi)存中取得__,第三次從內(nèi)存中取得____。 課堂練習(xí)題 _____、 ______和 ________ ________和 ________ ,每道程序都有一個(gè) ____表和一組 ______表 ,進(jìn)行分頁(yè)是出于___的需要;段是信息的___單位,進(jìn)行分段是出于___的需要。而也正是由于采用了這種以內(nèi)存為緩存的策略,才造成了 Vista對(duì)內(nèi)存容量的饑渴 ? 在一些慢速硬盤(pán)的設(shè)備,例如筆記本 ,使用 superfetch技術(shù)反而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)啟動(dòng)慢或關(guān)機(jī)慢,關(guān)閉它,反而會(huì)提高運(yùn)行速度 ? 關(guān)閉方法: superfetch的注冊(cè)表鍵值在 ? HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Memory Management\PrefetchParameters ? 關(guān)閉 prefetch 或者 superfetch ? Prefetch的鍵名為 EnablePrefetcher,鍵值設(shè)置同上。 ? Superfetch技術(shù)的中心思想是: “ 過(guò)分空余的內(nèi)存空間即是浪費(fèi) ” 。午休過(guò)后,殺毒軟件已經(jīng)運(yùn)行完畢,但是你在重新開(kāi)始使用工作程序的時(shí)候,系統(tǒng)仍然需要經(jīng)歷殺毒軟件和工作程序的硬盤(pán)交換文件與內(nèi)存頁(yè)面的交換過(guò)程,此時(shí)程序的響應(yīng)速度明顯降低。 ? 它會(huì)安排磁盤(pán)碎片整理程序定期運(yùn)行并且使用 Layout.ini文件中的信息以重新部署所有目錄文件,讓它們排列在磁盤(pán)中臨近的區(qū)域。 ? 并構(gòu)造目錄和每個(gè)應(yīng)用程序或進(jìn)程引用的所有文件的映射。 補(bǔ)充:談?wù)?windows 內(nèi)存管理技術(shù) ? 包括 Vista在內(nèi)的 Windows操作系統(tǒng)都一直在利用虛擬內(nèi)存技術(shù)。 ? ( 1)最佳置換算法 ? ( 2)先進(jìn)先出算法 ? ( 3) LRU算法 課堂練習(xí) ? 在一個(gè)分頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理系統(tǒng)中,一個(gè)程序頁(yè)面走向?yàn)? 0、 0、 3,設(shè)分配給該程序的存儲(chǔ)塊數(shù) M=3,每調(diào)進(jìn)一個(gè)新頁(yè)就發(fā)生一次缺頁(yè)中斷。 – 選擇最近一段時(shí)間內(nèi)最長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有被訪問(wèn)的一頁(yè)調(diào)出 – LRU算法需硬件支持:(用來(lái)記錄誰(shuí)最近最久未訪問(wèn)) 頁(yè)面蹤跡 2 3 2 1 5 2 4 5 3 2 5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 5 5 1 1 1 4 4 4 2 2 2 F F F F F F F LRU 算法 請(qǐng)求分段存儲(chǔ)管理 ? 段表 : ? 段名 段長(zhǎng) 段基址 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 ? 二、缺段中斷機(jī)構(gòu): – 段不定長(zhǎng),處理起來(lái)比缺頁(yè)中斷復(fù)雜。 – 缺頁(yè)率 : 進(jìn)程在一次運(yùn)行中所產(chǎn)生的缺頁(yè)次數(shù) /該進(jìn)程運(yùn)行一次共訪問(wèn)的頁(yè)面數(shù) 頁(yè)面置換算法 (重點(diǎn)) ? 頁(yè)面置換算法:用來(lái)確定應(yīng)該淘汰哪一頁(yè) ? 目的:減少對(duì)換量 , 提高系統(tǒng)性能 ? 如果算法選擇不當(dāng) , 會(huì)出現(xiàn) “ 抖動(dòng) ” 現(xiàn)象 。 ? 3.對(duì)換性: 允許作業(yè)在運(yùn)行過(guò)程中換進(jìn)、換出 ? 4.虛擬性: 用戶看到的主存容量遠(yuǎn)大于實(shí)際主存容量 虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方式 ? 頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理 基于頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng) ? 段式虛擬存儲(chǔ)管理 基于段式存儲(chǔ)管理系統(tǒng) ? 段頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理 基于段頁(yè)式存儲(chǔ)管理系統(tǒng) 虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方式(一) 一、頁(yè)式虛擬存儲(chǔ)管理 ?允許只裝入用戶程序和數(shù)據(jù)的部分頁(yè)便可運(yùn)行,以后再通過(guò) 調(diào)頁(yè)功能 和 置換 功能,陸續(xù)地把即將要運(yùn)行的頁(yè)面調(diào)入內(nèi)存,把暫不運(yùn)行的頁(yè)換出到外存 ? 以頁(yè)為單位進(jìn)行置換 ? 需硬件: ( 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) 虛擬存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方式(二) ? 二、段式虛擬存儲(chǔ)管理 – 只裝入程序和數(shù)據(jù)的若干段即可運(yùn)行 – 以段為單位進(jìn)行置換 – 需硬件: ( 1)請(qǐng)求分段的段表機(jī)構(gòu) ( 2)缺段中斷 ( 3)地址變換機(jī)構(gòu) 請(qǐng)求分頁(yè)存儲(chǔ)管理 ? 請(qǐng)求分頁(yè)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及硬件支持 – 一、頁(yè)表機(jī)制 ? 頁(yè)表項(xiàng): – 二、缺頁(yè)中斷機(jī)構(gòu): 可在指令執(zhí)行期間產(chǎn)生 轉(zhuǎn)入缺頁(yè)中斷處理程序。 ? 虛擬存儲(chǔ)器的大小由 地址寄存器的位數(shù) 決定。 ? 具有 請(qǐng)求調(diào)入功能 和 置換功能 ,能從 邏輯上 對(duì)內(nèi)存容量進(jìn)行擴(kuò)充的一種存儲(chǔ)系統(tǒng)。用戶程序劃分成若干段,每段又分成若干頁(yè)面,內(nèi)存劃分成對(duì)應(yīng)大小的塊 段頁(yè)式作業(yè)地址空間和地址結(jié)構(gòu) 04K8K1 2 K1 5 K1 6 K子 程 序 段04K8K數(shù) 據(jù) 段04K8K1 0 K1 2 K( a )段號(hào) ( S ) 段 內(nèi) 頁(yè) 號(hào) ( P ) 段 內(nèi) 地 址 ( W )( b )主 程 序 段頁(yè) 段頁(yè)式地址轉(zhuǎn)換 段號(hào) 狀態(tài) 頁(yè)表大 小 頁(yè)表始 址0 11 12 13 04 1頁(yè)號(hào) 狀態(tài) 存儲(chǔ)塊 0 11 12 13 04 1操作系 統(tǒng)主存頁(yè)表段表段表大 小 段表始 址段表寄 存器段頁(yè)式系統(tǒng)中的地址轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 段表寄 存器段表始 址 段表長(zhǎng) 度 > 段號(hào) S 頁(yè)號(hào) P+段超長(zhǎng)段表0123+頁(yè)內(nèi)地 址頁(yè)表0123b 塊號(hào) b 塊內(nèi)地 址頁(yè)表始 址頁(yè)表長(zhǎng) 度段號(hào) =段表長(zhǎng)度 段頁(yè)式特點(diǎn) ? 優(yōu)點(diǎn) : – 便于實(shí)現(xiàn)、分段共享、易于保護(hù) – 能像頁(yè)式一樣很好的解決碎片問(wèn)題 – 為各個(gè)分段離散的分配內(nèi)存 ? 缺點(diǎn) – 段表和頁(yè)表的管理,系統(tǒng)開(kāi)銷大 思考 :若段表和頁(yè)表都在主存,為了訪問(wèn)主存中的一條指令或數(shù)據(jù),至少需要訪問(wèn)主存幾次? 為了提高訪問(wèn)主存的速度,應(yīng)考慮使用什么? 虛擬存儲(chǔ)管理方式 ? 引入 – : ? 一次性(指全部裝入)、 ? 駐留性(指駐留在內(nèi)存不換出) – 程序的局部性原理 ? 時(shí)間局部性:如程序的循環(huán)執(zhí)行 ? 空間局部性:如程序的順序執(zhí)行。 – 在分段的基礎(chǔ)上再在段內(nèi)分頁(yè)。(系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程建立一個(gè)段表) ? 主存分配表:記錄主存中各作業(yè)的作業(yè)名、段表始址和段表長(zhǎng)度(整個(gè)系統(tǒng)只有一張) 始址 長(zhǎng)度 100k 8k 256k 16k 段表 第 0段 … … 第 1段 作業(yè)名 Job1 … 段表始址 0 段表長(zhǎng)度 2 … … 主存分配表 分段式存儲(chǔ)管理 作 業(yè) 空 間( M A I N ) = 003 0 k( X ) = 102 0 k( D ) = 201 5 k( S ) = 301 0 k3 0 k 4 0 k2 0 k 8 0 k 1 5 k 1 2 0 k 1 0 k 1 5 0 k 段 長(zhǎng) 基 址段 號(hào)0123內(nèi) 存 空 間利用段表 實(shí)現(xiàn) 地址映像 分段式存儲(chǔ)管理 ? 地址轉(zhuǎn)換 段 表 始 址 段 表 長(zhǎng) 度+段 號(hào) ( 2 )1 0 0段 表 寄 存 器邏 輯 地 址越 界 中 斷1 k 6 k6 0 0 4 k 5 0 0 8 k2 0 0 9 2 0 0段 長(zhǎng) 基 址段 表段 號(hào)01238 2 9 2物 理 地 址分 段 系 統(tǒng) 地 址 變 換 機(jī) 構(gòu)+? 段共享 – 段式系統(tǒng)易于共享 – 通過(guò)不同作業(yè)段表中的項(xiàng)指向同一個(gè)段基址來(lái)實(shí)現(xiàn)。 內(nèi)存分配 內(nèi)存以段為單位進(jìn)行分配,每個(gè)段獨(dú)占一塊連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域,各分區(qū)的大小由對(duì)應(yīng)段的大小決定。試問(wèn),虛地址寄存器和內(nèi)存地址寄存器的長(zhǎng)度各是多少位? ( 1)虛地址寄存器的位數(shù)是 12+4=16位。 E: ① 連接編輯; ② 虛空間分配; ③ 動(dòng)態(tài)地址翻譯; ④動(dòng)態(tài)鏈接 5, 1, 3, 1, 3 課堂練習(xí)題 ? 在采用頁(yè)式存儲(chǔ)管理的系統(tǒng)中,某作業(yè) J的邏輯地址空間為 4頁(yè)(每頁(yè) 2048字節(jié)),且已知該作業(yè)的頁(yè)面映像表(即頁(yè)表)如下: 頁(yè)號(hào) 塊號(hào) 0 2 1 4 2 6 3 8 試借助地址變換圖(即要求畫(huà)出地址變換圖)求出有效邏輯地址 4865所對(duì)應(yīng)的物理地址。 C: ① 硬件; ② 軟件; ③ 軟硬件結(jié)合。在 虛擬存儲(chǔ)器中,采用(D)提高(E)的速度。假定某時(shí)刻該用戶頁(yè)表中已調(diào)入主存的頁(yè)面的虛頁(yè)號(hào)和物理頁(yè)號(hào)對(duì)照表如下: 虛頁(yè)號(hào) 物理頁(yè)號(hào) 0 5 1
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