操作系統(tǒng)請(qǐng)求分頁課件

實(shí)存管理具有整體性、駐留性及連續(xù)性三種特性的存儲(chǔ)器管理方法，叫實(shí)存管理。我們學(xué)習(xí)過的無論是分區(qū)管理，分頁管理，或分段管理，還是段頁式管理，都屬于實(shí)存管理。實(shí)存管理的所謂整體性是指一個(gè)作業(yè)的全部實(shí)體在執(zhí)行之前必須被整個(gè)地裝入內(nèi)存，也就是說，如果一個(gè)作業(yè)的邏輯地址空間大于內(nèi)存的用戶區(qū)時(shí)就不能執(zhí)行。駐留性是指作業(yè)一旦進(jìn)入內(nèi)存便一直駐留在內(nèi)存區(qū)直到運(yùn)行完畢。連續(xù)性，顧名思義，是指給作業(yè)分配的一片連續(xù)的內(nèi)存空間。整體性、駐留性及連續(xù)性這三種特性不利于內(nèi)存空間的有效利用。虛擬存儲(chǔ)器虛擬存儲(chǔ)器（VirtualMemory），簡(jiǎn)稱虛存，是指對(duì)內(nèi)存的虛擬，一種實(shí)際并不存在的內(nèi)存空間，包括一級(jí)存儲(chǔ)器概念和作業(yè)地址空間概念。虛擬并不是無限的，取決于機(jī)器的CPU地址結(jié)構(gòu)，虛存容量不能大于外存容量。請(qǐng)求分頁管理就能實(shí)現(xiàn)這種虛存空間，基本方法是在分頁管理的基礎(chǔ)上，在作業(yè)開始執(zhí)行前，只裝入作業(yè)的一部分頁面到內(nèi)存，其它的頁面在作業(yè)執(zhí)行過程中根據(jù)需要，動(dòng)態(tài)地從輔存裝入內(nèi)存。當(dāng)內(nèi)存塊已經(jīng)占滿時(shí)，再根據(jù)某種策略交換出部分頁面到輔存。根據(jù)作業(yè)的執(zhí)行情況裝入作業(yè)的部分實(shí)體，顯然節(jié)省了內(nèi)存空間。請(qǐng)求分頁管理和分頁管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、地址映射和存儲(chǔ)保護(hù)、存儲(chǔ)分配與回收等都類似，但請(qǐng)求分頁管理的實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜很多，需要由硬件和軟件的相互配合才能完成。1.請(qǐng)求調(diào)入及缺頁中斷處理2.淘汰算法3.抖動(dòng)與工作集請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理鋪墊作業(yè)在運(yùn)行期間的各個(gè)階段，多數(shù)作業(yè)只使用全部地址空間的一部分。例如用戶編制的出錯(cuò)處理子程序，在作業(yè)正常運(yùn)行情況下不會(huì)執(zhí)行這些程序，沒有必要把它們調(diào)入內(nèi)存。即程序中往往會(huì)有一些彼此互斥的部分不是每次運(yùn)行時(shí)都能執(zhí)行到。

程序的局部性。順序執(zhí)行的指令和線性結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)(如數(shù)組)。它們通常被限定在某一連續(xù)區(qū)域。一旦某一位置被訪問后，那么它附近的位置很快也會(huì)被訪問?；谏鲜銮闆r，就沒有必要把一個(gè)作業(yè)一次性全部裝入內(nèi)存再開始運(yùn)行。而是可以把程序當(dāng)前執(zhí)行所涉及的信息放入內(nèi)存中，其余部分可根據(jù)需要臨時(shí)調(diào)入，由操作系統(tǒng)和硬件相配合來完成主存和輔存之間信息的動(dòng)態(tài)調(diào)度。這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)好像為用戶提供了一個(gè)存儲(chǔ)容量比實(shí)際主存大得多的存儲(chǔ)器，就稱為虛擬存儲(chǔ)器。請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理名詞作業(yè)的邏輯地址空間劃分的頁，稱為虛頁主存稱為實(shí)存實(shí)存中的塊稱為實(shí)頁請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理基本原理請(qǐng)求分頁系統(tǒng)對(duì)地址空間和內(nèi)存空間的管理采用與分頁存儲(chǔ)管理系統(tǒng)相同的方式，但是它只將作業(yè)的部分頁面裝入內(nèi)存，便可開始運(yùn)行作業(yè)，作業(yè)的其他部分被存放在輔助存儲(chǔ)器上。請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理必須解決的問題一個(gè)作業(yè)不全部裝入，該作業(yè)能否開始運(yùn)行，并運(yùn)行一段時(shí)間？當(dāng)程序要訪問的某頁不在內(nèi)存時(shí)，如何發(fā)現(xiàn)這種缺頁情況？發(fā)現(xiàn)后應(yīng)如何處理？缺頁時(shí)，所需的頁面從何處裝入？裝入到何處？若此時(shí)實(shí)存中沒有空閑塊應(yīng)怎么辦？當(dāng)程序要訪問的某頁不在內(nèi)存時(shí)，如何發(fā)現(xiàn)

這種缺頁情況？發(fā)現(xiàn)后應(yīng)如何處理？地址變換機(jī)構(gòu)檢測(cè)到虛頁的狀態(tài)為1，由硬件產(chǎn)生缺頁中斷，轉(zhuǎn)去中斷處理所需的頁面從何處裝入？

在請(qǐng)求分頁管理系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)作業(yè)完成編譯鏈接后，所形成的裝配模塊通常以文件形式存入作為輔存的磁盤上，當(dāng)該頁需要裝入實(shí)存時(shí)，就從磁盤上調(diào)進(jìn)來。為此，需建立一個(gè)作業(yè)的輔助頁表，也稱為外頁表。虛頁號(hào)輔存地址新調(diào)入的頁面裝入何處？實(shí)存中有空閑實(shí)頁，直接將其裝入。空閑已滿，則必須淘汰（頁面置換算法）實(shí)存中的某一頁。被淘汰的頁，以后可能還要用，是否需要寫回輔存，這取決于該頁進(jìn)入實(shí)存后是否被修改，如未被修改，因輔存上已有副本則不必寫回輔存。否則，要重新寫回輔存。因此頁表中還可以增加一個(gè)“修改位”，以反映該頁是否已被修改過。為了便于系統(tǒng)管理頁面置換，增加“引用位”，表示該頁最近是否被訪問過。圖缺頁中斷的發(fā)生及其處理抖動(dòng)/系統(tǒng)顛簸抖動(dòng)/系統(tǒng)顛簸出頁：將某一頁從實(shí)存移到輔存入頁：將某一頁從輔存調(diào)入實(shí)存這種反復(fù)進(jìn)行入頁和出頁的現(xiàn)象稱為“抖動(dòng)/系統(tǒng)顛簸”

先進(jìn)先出算法(FIFO)淘汰駐留主存時(shí)間最長的頁面最近最久未用置換算法(LRU)淘汰在最近一段時(shí)間最久未用的頁面最近最不常用算法最近未使用算法頁面置換算法/淘汰算法2．最近最久未使用頁面置換算法（LeastRecentlyUsed/LRU算法）這種算法的基本思想是，如果某一頁被訪問了，那么它很可能馬上又被訪問；反之，如果某一頁很長時(shí)間沒有被訪問，那么最近也不太可能會(huì)被訪問。這種算法考慮了程序設(shè)計(jì)的局部性原理。其實(shí)質(zhì)是，當(dāng)需要置換一頁時(shí)，選擇在最近一段時(shí)間最久未使用的頁面予以淘汰。實(shí)現(xiàn)這種算法可通過周期性地對(duì)“引用位”進(jìn)行檢查，并利用它來記錄一頁面自上次被訪問以來所經(jīng)歷的時(shí)間t，淘汰時(shí)選擇t最大的頁面。

不太實(shí)用

性能分析為了盡可能地減少缺頁中斷的次數(shù)，應(yīng)從程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量頁面的大小主存的容量頁面置換算法等幾方面來考慮。程序設(shè)計(jì)的質(zhì)量(主要指程序的局部化程度)程序的局部化程度包括時(shí)間局部化和空間局部化時(shí)間局部化是指一旦某個(gè)位置----數(shù)據(jù)或指令----被訪問了，它常常很快又要再次被訪問。這可通過循環(huán)、經(jīng)常用到的變量和子程序等程序結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)?？臻g局部化是指一旦某個(gè)位置被訪問到，那么它附近的位置很快也要用到。這可以盡量采用順序的指令列、線形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。局部化程度隨程序而異，一般來說，總希望編制的程序具有較高的局部化程度。這樣，程序執(zhí)行時(shí)可經(jīng)常集中在幾個(gè)頁面上進(jìn)行訪問，以減少缺頁中斷的次數(shù)。主存的容量一個(gè)作業(yè)的執(zhí)行所產(chǎn)生缺頁的次數(shù)是存放頁面的實(shí)際存儲(chǔ)容量的函數(shù)。當(dāng)存儲(chǔ)容量達(dá)到某一程度時(shí)，缺頁中斷的次數(shù)的減少就不明顯了。試驗(yàn)分析表明：對(duì)所有程序來說，要使之有效地工作，它在主存中的頁面數(shù)不低于它的總頁面數(shù)的一半。圖存儲(chǔ)容量與缺頁中斷次數(shù)的關(guān)系例2設(shè)M=4，其余同例1。則缺頁中斷次數(shù)和缺頁率？表2FIFO性能分析例(M=4)缺頁中斷次數(shù)F=10缺頁率f=10/12=83%由表1，表2得出：對(duì)于FIFO算法，內(nèi)存增加，缺頁率反而增加！異?，F(xiàn)象（Belady異常）

例3設(shè)頁面走向如上，M=3，置換算法為LRU，則缺頁中斷次數(shù)和缺頁率？由于采用LRU算法，M中各列按訪問的時(shí)間順序排列，最近被訪問的頁面在最前。表3LRU性能分析例(M=3)缺頁中斷次數(shù)F=10，缺頁率f=10/12=83%。例4設(shè)M=4，其余同例3，則缺頁中斷次數(shù)和缺頁率？表4LRU性能分析例(M=4)34由表3，表4可得如下事實(shí)：設(shè)G(P,M,t)表示當(dāng)頁面走向?yàn)镻，主存容量為M，在時(shí)刻t的頁面集合，對(duì)于LRU算法，存在如下關(guān)系，即成立。即對(duì)于任何時(shí)刻t(t=1,2,…,12),G(P,M,t)所選中的頁號(hào)必定包含在G(P,M+1,t)之中。這種關(guān)系說明了增加主存容量不會(huì)增加缺頁中斷次數(shù)，然而對(duì)FIFO算法，此關(guān)系并不成立。

請(qǐng)求分頁存儲(chǔ)管理方案的評(píng)價(jià)它提供了大容量的多個(gè)虛擬存儲(chǔ)器，作業(yè)地址空間不再受實(shí)存容量的限制；更有效地利用了主存，一個(gè)作業(yè)的地址空間不必全部同時(shí)都裝入主存，只裝入其必要部分，其它部分根據(jù)請(qǐng)求裝入，或者根本就不裝入(如錯(cuò)誤處理程序等)；更加有利于多道程序的運(yùn)行，從而提高了系統(tǒng)效率；方便了用戶，特別是大作業(yè)用戶。

缺點(diǎn)為處理缺頁中斷，增加了處理機(jī)時(shí)間的開銷，即請(qǐng)求分頁系統(tǒng)是用時(shí)間的代價(jià)換取了空間的擴(kuò)大；可能因作業(yè)地址空間過大或多道程序道數(shù)過多以及其它原因而造成系統(tǒng)抖動(dòng)；為防止系統(tǒng)抖動(dòng)所采取的各種措施會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性。復(fù)習(xí)LRU頁面調(diào)度算法是選擇（）的頁面先調(diào)出。A．最近才使用B．最久未被使用C．駐留時(shí)間最長D．駐留時(shí)間最短若進(jìn)程執(zhí)行到某條指令時(shí)發(fā)生了缺頁中斷，經(jīng)操作系統(tǒng)處理后，當(dāng)該進(jìn)程再次占用處理器時(shí)，應(yīng)從（）指令繼續(xù)執(zhí)行。

A．被中