操作系統(tǒng)頁(yè)式存儲(chǔ)管理.ppt

1、6.4頁(yè)式存儲(chǔ)管理，6.4.1基本原理6.4.2管理6.4.3硬件支持6.4.4靜態(tài)頁(yè)式管理6.4.5請(qǐng)求頁(yè)式管理6.4.6頁(yè)式管理的優(yōu)缺點(diǎn)，6.4.1頁(yè)號(hào)由0創(chuàng)建，頁(yè)內(nèi)地址由存儲(chǔ)器空間按頁(yè)面大小分為相等大小的區(qū)域，稱為存儲(chǔ)器塊(物理頁(yè))存儲(chǔ)器分配，以頁(yè)面單位分配，按作業(yè)的頁(yè)數(shù)分配。 邏輯上鄰接的頁(yè)并不限于物理上鄰接，6.4.2管理、頁(yè)表：系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)過程制作頁(yè)表，頁(yè)表提供邏輯頁(yè)編號(hào)與具體的存儲(chǔ)器塊編號(hào)的關(guān)系。6.4.3硬件支持、p、頁(yè)表、地址過境、l、比較、P=l、b、頁(yè)號(hào)p、頁(yè)內(nèi)地址d、頁(yè)號(hào)p的頁(yè)內(nèi)地址您可以在頁(yè)面表格：每個(gè)進(jìn)程中使用簡(jiǎn)單的基于頁(yè)面管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 有描述該進(jìn)程占有的物理頁(yè)

2、和邏輯數(shù)組的順序的頁(yè)表的邏輯頁(yè)號(hào)(本進(jìn)程的地址空間)物理頁(yè)號(hào)(實(shí)際內(nèi)存空間)存儲(chǔ)頁(yè)表：整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)存儲(chǔ)頁(yè)表，表示物理內(nèi)存區(qū)域的分配使用情況數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：位圖，空頁(yè)鏈表請(qǐng)求表：整個(gè)系統(tǒng)都有一個(gè)請(qǐng)求表，描述每個(gè)進(jìn)程頁(yè)表在系統(tǒng)中的位置和大小，可以用于地址轉(zhuǎn)換，也可以與每個(gè)進(jìn)程的PCB聯(lián)接，2 .算法頁(yè)表有n頁(yè)的空頁(yè)或不被分配，因此，設(shè)定請(qǐng)求表，將頁(yè)表的開頭地址、頁(yè)表的長(zhǎng)度放入請(qǐng)求表，分配狀態(tài)，分配n頁(yè)， 為了縮短物理頁(yè)號(hào)物理地址的檢索時(shí)間，頁(yè)內(nèi)偏移地址檢索處理頁(yè)表導(dǎo)入快速表，進(jìn)行內(nèi)容檢索(associative mapping )，即邏輯頁(yè)號(hào)物理頁(yè)號(hào)、頁(yè)長(zhǎng)1k、命令load1、頁(yè)內(nèi)偏移地址檢索處理頁(yè)表

3、首先，需要頁(yè)表地址寄存器和頁(yè)表長(zhǎng)度寄存器。 系統(tǒng)從請(qǐng)求表中檢索調(diào)度的運(yùn)行進(jìn)程頁(yè)表的起始地址和長(zhǎng)度，并將其引入發(fā)送器以找到頁(yè)表。 從偽地址100可以看出，如果在第0頁(yè)的第100單元中執(zhí)行了命令，且對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器地址達(dá)到1024*2100=2148cpu的第2148個(gè)單元，則有必要從偽地址2500獲取數(shù)據(jù)。首先，地址轉(zhuǎn)換機(jī)制包括如可以在頁(yè)面表452中看到的，與存儲(chǔ)器8號(hào)相對(duì)應(yīng)，存儲(chǔ)器地址將由硬件地址轉(zhuǎn)換機(jī)制自動(dòng)地完成1024 * 8，452=8644或者更大。 優(yōu)點(diǎn)：沒有外部片段，各內(nèi)部片段不超過頁(yè)面大小。 沒有必要連續(xù)存儲(chǔ)一個(gè)程序。 容易更改程序占用空間的大小。 即，隨著程序的執(zhí)行，動(dòng)態(tài)地生成的數(shù)據(jù)

4、量增多，與之相應(yīng)地也可增加地址空間。 缺點(diǎn)：所有程序都加載到內(nèi)存中，并受內(nèi)存可用頁(yè)數(shù)的限制。 6.4.5基于動(dòng)態(tài)(請(qǐng)求)頁(yè)面的管理是在進(jìn)程開始運(yùn)行之前加載一些頁(yè)面，而不是加載所有頁(yè)面，然后根據(jù)進(jìn)程的執(zhí)行需要?jiǎng)討B(tài)加載其他頁(yè)面，因?yàn)閮?nèi)存已滿，所以新的請(qǐng)求頁(yè)表達(dá)式的地址轉(zhuǎn)換與靜態(tài)頁(yè)表達(dá)式相同。 但是，由于僅使一部分頁(yè)面駐留在存儲(chǔ)器中，所以如何發(fā)現(xiàn)不存在于存儲(chǔ)器中的虛擬頁(yè)面，以及如何處理是必須基于請(qǐng)求頁(yè)面進(jìn)行處理的問題。第一個(gè)問題可以通過擴(kuò)展頁(yè)表來解決，第二個(gè)問題是當(dāng)內(nèi)存中沒有可用頁(yè)時(shí)頁(yè)替換算法。頁(yè)表?xiàng)l目、頁(yè)號(hào)、常駐位、存儲(chǔ)器塊號(hào)、外部存儲(chǔ)器開始地址、訪問位、變更位常駐位(中斷位):表示頁(yè)存在于存儲(chǔ)器

5、中還是存在于外部存儲(chǔ)器訪問位中的操作系統(tǒng)輸出該中斷信號(hào)調(diào)用缺頁(yè)中斷處理程序，根據(jù)頁(yè)表中賦予的外部存儲(chǔ)器地址，如果存儲(chǔ)器中有空塊，則分配1頁(yè)，將新的轉(zhuǎn)入頁(yè)放入存儲(chǔ)器中，如果頁(yè)表中沒有空塊，則分配某頁(yè)注冊(cè)速度表，發(fā)出頁(yè)中斷，主要保存，副保存，創(chuàng)建絕對(duì)地址，繼續(xù)執(zhí)行指令，再次執(zhí)行中斷的指令，返回現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)整頁(yè)表和主要分配的表，加載必要的頁(yè)隨機(jī)替換算法先進(jìn)先出算法(FIFO )最近最舊的未使用算法(LRU，最近使用的)時(shí)鐘頁(yè)替換算法(Clock Policy )最佳替換算法(OPT，optimal ) )每頁(yè)性能差。 以前轉(zhuǎn)入的頁(yè)面多是在FIFO算法下反復(fù)轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出的頻繁訪問的頁(yè)面。 并且有Belady

6、現(xiàn)象。 Belady現(xiàn)象使用FIFO算法時(shí)，如果不分配一個(gè)過程請(qǐng)求的全部頁(yè)面，則會(huì)產(chǎn)生分配的頁(yè)數(shù)變多、頁(yè)面不足率反而上升的異?，F(xiàn)象。 Belady現(xiàn)象的說明：一個(gè)進(jìn)程p訪問m個(gè)頁(yè)，OS將n個(gè)內(nèi)存頁(yè)分配給進(jìn)程p。 對(duì)于一個(gè)接入序列s，缺少頁(yè)發(fā)生的次數(shù)是PE(S，n )。n越大，PE(S，n )越大，缺少頁(yè)發(fā)生的次數(shù)越小。 Belady現(xiàn)象的原因： FIFO算法的替換特性與進(jìn)程訪問存儲(chǔ)器的動(dòng)態(tài)特性不一致，被替換的頁(yè)面不是進(jìn)程不能訪問的頁(yè)面。 例如，按照Belady現(xiàn)象的例子，進(jìn)程p以五頁(yè)程序訪問一個(gè)頁(yè)面的順序是1、2、3、4、1、2、5、1、2、3、4、5。 如果內(nèi)存分配了三個(gè)頁(yè)面，則缺少的頁(yè)面如

7、下：?jiǎn)螕?2次訪問有9次缺少的頁(yè)面。 如果為內(nèi)存分配了4頁(yè)，則缺頁(yè)如下： 12次訪問有10次缺頁(yè)，2 .在最近最舊的未使用算法(LRU )中，已廢除該算法的頁(yè)是最近很長(zhǎng)一段時(shí)間未訪問的頁(yè)。 這基于當(dāng)運(yùn)行程序時(shí)擁有的局部性考慮，即，剛使用的頁(yè)面可能被立即使用，但長(zhǎng)期未使用的頁(yè)面一般可能不會(huì)被立即使用。 將三個(gè)主存儲(chǔ)指定給某個(gè)作業(yè)，并且順序訪問該作業(yè)的頁(yè)碼是4、3、0、4、1、1、2、3、2。 因此，當(dāng)訪問這些頁(yè)面時(shí)，頁(yè)面淘汰序列的改變?nèi)缦拢? .時(shí)鐘頁(yè)面替換算法，其中，當(dāng)一個(gè)頁(yè)面第一次加載到主存儲(chǔ)器中時(shí)，其“參考比特”設(shè)置為0。 訪問主存儲(chǔ)中的任何頁(yè)面時(shí)，將“瀏覽位”設(shè)置為1。 如果要丟棄頁(yè)面，

8、存儲(chǔ)管理將從指針當(dāng)前指向的頁(yè)面掃描循環(huán)隊(duì)列，將移動(dòng)的“參考位”為1的頁(yè)面的“參考位”清零，跳過該頁(yè)面淘汰轉(zhuǎn)移的“引用位”為0的頁(yè)面，并進(jìn)一步按指針。 這是LRU (最近最早的未使用算法)和FIFO的權(quán)衡。 中的組合圖層性質(zhì)變更選項(xiàng)。 如果發(fā)生丟失的頁(yè)面中斷，則訪問主內(nèi)存的頁(yè)面指向page727，指針指向page45 (頁(yè)面框2 )。 如下執(zhí)行Clock頁(yè)面替換算法：由于page45的“參考比特”為1，它不被淘汰，僅清除其“參考比特”，并且將指針前進(jìn)。同樣，page191 (在頁(yè)面框3中)也不被替換，清除其“參照比特”并使指針繼續(xù)前進(jìn)。 在作為下一頁(yè)的頁(yè)556 (在頁(yè)框4中)，由于其“參考比特”

9、為0，其中頁(yè)556由頁(yè)727來替換，頁(yè)727的“參考比特”由1來替換，并且指針在下一頁(yè)的頁(yè)13 (在頁(yè)中)中被替換4 .替換選擇了最佳算法(OPT、optimal )、“以后不使用”或“出現(xiàn)在離現(xiàn)在最遠(yuǎn)的位置”的頁(yè)面。 這是理想的情況，實(shí)際執(zhí)行是無法預(yù)測(cè)的，所以無法實(shí)現(xiàn)。 成為性能評(píng)價(jià)的依據(jù)。 (1)分配給進(jìn)程的物理頁(yè)數(shù)(2)頁(yè)本身的大小(3)程序的制作方法(4)頁(yè)淘汰算法，影響缺失頁(yè)次數(shù)的因素，例3 :存儲(chǔ)器分配1頁(yè)，初始第1頁(yè)存儲(chǔ)器頁(yè)大小是128個(gè)整數(shù)矩陣a 1288 程序編制方法2:fori 3360=1to 128 forj 3360=1to 128 ai、j:=0。 6.4.6頁(yè)式管理的優(yōu)缺點(diǎn)是，對(duì)于分區(qū)管理，靜態(tài)頁(yè)式有效地解決了外部片段的問題(當(dāng)然有少量的內(nèi)部片段)。 但是，由于所有基于靜態(tài)頁(yè)的請(qǐng)求都已裝載，且不支持虛擬存儲(chǔ)，因此存在基于請(qǐng)求頁(yè)的請(qǐng)求，并且允許某些裝載。當(dāng)然，請(qǐng)求頁(yè)表達(dá)式可以更有效地利用有限的內(nèi)存頁(yè)，但是這種方法會(huì)導(dǎo)致缺頁(yè)率問題， 特別是需要有效地解決頁(yè)面置換的問題無論是靜態(tài)的還是請(qǐng)求方式，大多從物理頁(yè)面的角度考慮問題來解決，有時(shí)需要從邏輯的角度考慮問題(共享等)，引入了分段的管理方法。課題：某程序給內(nèi)